1.氮化鎵GaN按照製造工藝，可以分為常開的耗盡型（D-mode）和常關的增強型（E-mode）兩種類型, ST 氮化鎵GaN 是E-mode (P-GaN) 工藝，以下的討論都基於P-GaN 。 在電源系統中，對於所有的功率器件，選擇正確的柵極驅動電路及進行合理設計，是實現電源系統最佳性能和增強穩定性的必要條件。但是對於GaN ，驅動的設計有些棘手，因為一些參數對GaN更為關鍵。 為保證可靠性和高性能，Layout布局、驅動IC，正確的外部元件等是需要考慮的關鍵問題，下圖是GaN驅動電路的影響因素。
 相對於 SI-MOS , VGS關斷電壓、VGS最大額定電壓並不重要，但是對於E-mode (P-GaN) 卻是重要參數，因此，驅動設計也更複雜，主要問題如下： - Vgs(th) 閾值，如ST--SGT65R65AL ，Vth type 為8V，比SI-MOS 小很多，對柵極驅動因寄生參數引起的震盪更加敏感。
- Vgs 最大值，如ST--SGT65R65AL ，僅為7V，要求柵極驅動信號儘可能的乾淨，避免尖峰電壓。
- dv/dt和di/dt約束：由於GaN HEMT是非常快的器件，高的dv/dt和di/dt會嚴重影響器件的開關行為。
- Layout注意事項：基礎前面的陳述（柵極電壓和快速開關），布局優化是GaN器件的基本步驟。
2. 在接下來的敘述中，我們將從以下幾個方面進行分析： - VGS最大值。
- 寄生電感、PCB布局和驅動電路位置。
- 高dv/dt和異常導通，可從兩個方向考慮：柵極電阻選擇，負電壓關斷。
為了更好的理解GaN 的驅動電路設計，下面以Buck電路為例討論，半橋拓撲可類似參考。 - 輸入電壓：400V
- 輸出電壓：200V
- 輸出電流：10A
- 工作頻率：300K
電路圖如下，其中 Ls是源極寄生電感，Ld是漏極寄生電感，而Lg是柵極寄生電感。
2.1, VGS最大值
對於E-mode (P-GaN) GaN-MOS，最大允許柵極到源極電壓（VGS-max）通常為5V或6V，但器件需要4到5V才能完全導通，從而導致非常窄的裕度 。 閾值電壓VGS（th）非常低（從1到2V），當其用於高dV/dt應用時，對干擾更加敏感。 因此，GaN HEMT的柵極驅動設計相當尷尬。柵極-源極驅動信號必須非常乾淨，不能有過壓尖峰和震盪。
以上要求的實現方法：
(a) 使用非常穩定的電源，比如LDO。
(b) 必須避免米勒效應和柵極雜散噪聲。優化設計以降低柵極電感（Lg）：驅動必須儘可能靠近GaN器件（如下圖） 
(c) 使用簡單的過電壓箝位電路（齊納二極體和陶瓷電容）有助於減少潛在的尖峰電壓（下圖）
2.2, 寄生電感、Layout和驅動器位置
由於 GaN 器件能夠非常快速地進行開關，因此與封裝相關 的寄生效應非常重要。在某些情況下，它們會嚴重限制其性能。 ST PowerGaN 封裝具有非常低的寄生電感，優異的熱性能。  RLC寄生參數分布： 
在所有寄生元件中，共源電感 (CSI，Lcs) 最為重要，因為它會影響電氣性能。總體 CSI 是封裝內部的源電感和封裝本身的引線電感之和。在漏源極電路中存在高 di/dt 的情況下，CSI 有可能在漏源電壓和柵源電壓之間產生振鈴，從而導致損耗增加和開關錯誤。在 E-mode (P-GaN) 器件中，由於安全裕度有限，VGS 中的振鈴甚至可能導致柵極擊穿。
也就是說，為了最大限度地減少寄生電感， SMD無引腳封裝是性能良好易於使用的選擇。 另一種解決方案是提供開爾文源極引腳，以從柵極環路去除CSI。雖然這可以解決誤開關問題，但漏極到源極振鈴仍然存在。 
如上圖所示，寄生電感可能影響GaN開關行為，特別是：
(A) Lcs（共源電感）在驅動迴路和功率迴路之間存在；它兩端的高di/dt會產生壓降，影響導通和關斷時間，並導致不必要的振鈴。Kelvin引腳對於改善開關行為和清除柵極源極信號中不期望的振鈴非常有用
（下圖）:
(B) L g 影響柵極-源極信號，增加雜散振鈴（下圖）, 了最大限度地減少寄生電感，通常的做法是，把驅動器、柵極電阻器和GaN儘可能靠近。
2.2, 高dV/dt和雜散導通
驅動GaN高速開關的另一個制約因素是dV/dt效應。功率開關器件的電壓轉換斜率（dv/dt）由各種寄生電容和柵極驅動電路之阻抗引起，由米勒電容的充電和放電速率決定。高dv/dt在高電壓輸入的橋式拓撲中常見，並且這種現象由於氮化鎵的高速開關性能而加劇。 在橋式拓撲中，當上管導通時，下管的米勒電容會向柵極注入電流。如果注入到柵極的電流足夠大以使柵極電壓高於器件閾值電壓，則可以觀察到寄生導通，從而導致較低的效率甚至損壞器件。
 如果在下管兩端出現正dVDS/dt，則在柵極處看到的雜散電壓尖峰可以估算如下：
 由於在橋拓撲的中點上施加正或負dV/dt，柵極和源極之間的雜散電壓可能出現在上升和下降兩個瞬態邊沿。
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米勒效應可以通過減小柵極環路電感、選擇具有低漏電阻的驅動器以及向柵極引腳施加負偏壓來優化,目標是當通過米勒電容的電流尖峰發生時將柵極電壓保持在期望閾值以下。
提高dv/dt耐用性可使用不同策略： - 驅動電阻的選擇 ：為了實現GaN HEMT的最佳性能，必須進行獨立的開關控制，從而實現dV/dt優化和開關損耗最小化。
- 主動米勒鉗位
- 負壓關斷
- 選擇合適的驅動器
註： 本文原始文件來自ST應用手冊 《AN5583-emode-gan-technology-tips-for-best-driving-stmicroelectronics 》,可在ST官網下載。
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