確保驅(qū)動器和 GaN FET 中的功率損耗保持低于封裝在工作溫度下的最大功率耗散限值。驅(qū)動器和 GaN FET 中的功率損耗越小，應(yīng)用中可實現(xiàn)的最大工作頻率就越高。LMG3100 器件的總功率耗散是柵極驅(qū)動器損耗、自舉二極管功率損耗以及 FET 中的開關(guān)和導(dǎo)通損耗的總和。

柵極驅(qū)動器損耗是由容性負(fù)載的充電和放電引起的。可以使用方程式 3 來計算其近似值。

其中

• Q_G 是柵極電荷
• VCC 為輔助電源
• f_SW 為開關(guān)頻率

由于內(nèi)部 CMOS 級用于緩沖輸出，因此柵極驅(qū)動器中存在一些額外損耗。

自舉二極管功率損耗是自舉電容器充電時產(chǎn)生的正向偏置功率損耗與反向恢復(fù)時產(chǎn)生的反向偏置功率損耗之和。由于這些事件每個周期發(fā)生一次，因此二極管功率損耗與工作頻率成正比。半橋的輸入電壓 (V_IN) 越高，反向恢復(fù)損耗也越高。

GaN FET 引起的功率損耗可分為導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗。導(dǎo)通損耗是阻性損耗，可以使用方程式 4 計算得出。

方程式 4.

其中

• R_DS(on)HS 是高側(cè) GaN FET 導(dǎo)通電阻
• R_DS(on)LS 是低側(cè) GaN FET 導(dǎo)通電阻
• I_RMS(HS) 是高側(cè) GaN FET RMS 電流
• I_RMS(LS) 是低側(cè) GaN FET RMS 電流

使用以下公式可以計算一階的開關(guān)損耗；可將 V_IN 除以 25V/ns 來計算 t_TR 的近似值，這是開關(guān)節(jié)點壓擺率的保守估計值。方程式 5。

其中

• t_TR 是指從開到關(guān)以及從關(guān)到開的開關(guān)節(jié)點切換時間之和
• C_OSS(ER) 是每個 GaN FET 的輸出電容

請注意，低側(cè) FET 不會出現(xiàn)此損耗。在一階損耗計算中，將忽略低側(cè)器件中的第三象限損耗。

如前所述，開關(guān)頻率對器件功率耗散有直接影響。盡管 LMG3100 器件的柵極驅(qū)動器能夠以高達(dá) 10MHz 的頻率驅(qū)動 GaN FET，但必須仔細(xì)考慮，以確保器件的運行條件符合建議的工作溫度規(guī)格。具體而言，硬開關(guān)拓?fù)渫溶涢_關(guān)應(yīng)用產(chǎn)生更多損耗和自發(fā)熱量。

驅(qū)動器損耗、自舉二極管損耗以及 GaN FET 中的開關(guān)和導(dǎo)通損耗之和就是器件的總功率損耗。精心設(shè)計電路板布局布線，在電源焊盤（VIN 和 PGND）附近設(shè)置足夠數(shù)量的散熱過孔，可實現(xiàn)封裝的理想功率耗散。帶氣流的頂面安裝散熱器也可以改善封裝的功率耗散。