中文引用格式： 嚴張哲，周建軍，孔月嬋. 硅基GaN功率器件與驅動集成設計[J]. 電子技術應用，2025，51(5)：15-20.
英文引用格式： Yan Zhangzhe，Zhou Jianjun，Kong Yuechan. Integrated design of GaN-on-Si power devices and drivers[J]. Application of Electronic Technique，2025，51(5)：15-20.
引言
GaN作為第三代半導體材料，具有帶隙寬和遷移率高的優點，被廣泛應用于射頻和電源領域[1-2]。近年來，Si電源模塊的工作頻率一般在150 kHz[3]，而搭載GaN功率器件的電源模塊工作頻率已經達到1 MHz[4]，并且具有更高的功率密度和效率，因此GaN功率器件在高效小型化電源領域更有優勢。
處理器的低壓控制信號無法直接驅動功率器件，需要經過專用的驅動電路轉化成大電流信號。目前行業上主要采用分立的驅動方案，通過Si驅動芯片驅動GaN功率器件。Si驅動芯片以高壓BCD工藝為主，德州儀器（Texas Instruments，TI）[5]、英飛凌（Infineon）[6]和安森美（Onsemi）[7]等廠商已經有相關產品。Si驅動芯片與GaN功率器件一般采用電路板或者鍵合絲的方式連接，兩者連接處寄生電感較大，當開關頻率較高時，由寄生引起的柵極振蕩將影響GaN功率器件的正常工作，極大地限制了GaN功率器件的工作頻率和可靠性[8]。針對上述問題，目前有兩套方案：優化分立式驅動電路的設計，或者將驅動電路和功率器件集成化設計。
分立式的驅動電路優化方案分以下兩種：(1)設計上加入噪聲抑制、負反饋或者自適應調節電路。2019年，美國安森美推出了專用于驅動GaN的NCP51820[7]，該產品加入了共模噪聲抑制和死區可調控的設計，提高了抗干擾能力的同時降低了損耗。(2)對驅動和功率器件進行隔離。思佳訊（Skyworks）的SI8274GB1-IS1[9]片上進行電容隔離，具有極強的抗擾度，但是設計封裝難度較大，成本較高。
集成化設計包括系統級集成和單片集成。TI的LMG3422R030[10]將Si驅動芯片和GaN功率器件進行SiP系統級封裝。Navitas推出的單片集成功率芯片NV6115[11]，由于規避封裝引線和PCB走線帶來的寄生電感，抗干擾能力有較大提升。東南大學等高校也在進行集成芯片的研發，但是國內目前仍沒有出現成熟的商用芯片。
本文在GaN-on-Si工藝平臺上設計了一款單片集成GaN功率芯片，芯片集成300 V功率管和驅動電路。驅動電路中加入了基準電路和欠壓保護電路設計，開關頻率能達到2 MHz，驅動輸出上升下降時間均小于5 ns，滿足電源模塊小型化、高可靠的設計要求。
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作者信息：
嚴張哲1，2，周建軍1，2，孔月嬋1，2
（1.南京電子器件研究所，江蘇 南京210016；
2.固態微波器件與電路全國重點實驗室，江蘇 南京210016）
