পাওয়ার অ্যাপ্লিকেশনে, গ্যালিয়াম নাইট্রাইড (GaN) ডিভাইসগুলির ঐতিহ্যগত সিলিকন MOSFET ডিভাইসগুলির তুলনায় উল্লেখযোগ্য কর্মক্ষমতা এবং দক্ষতার সুবিধা রয়েছে। গ্যালিয়াম নাইট্রাইড ডিভাইসগুলি উচ্চ ঘনত্ব, দ্রুত স্যুইচিং গতি এবং উচ্চ শক্তি দক্ষতা সহ বিভিন্ন শিল্পের চাহিদা মেটাতে পারে। কিন্তু কিছু অ্যাপ্লিকেশনের জন্য, তারা উল্লেখযোগ্য ডিজাইন চ্যালেঞ্জের সম্মুখীন হবে।
কমপ্যাক্ট ইউএসবি-সি চার্জার এবং ইলেকট্রনিক কার চার্জার থেকে শুরু করে সৌর এবং ডেটা সেন্টার অ্যাপ্লিকেশন পর্যন্ত, ডিজাইনাররা ছোট, হালকা এবং আরও ভাল শীতল পণ্য তৈরি করতে GaN সেমিকন্ডাক্টর প্রযুক্তি ব্যবহার করতে আগ্রহী।
GaN ডিভাইসের দ্রুত পরিবর্তনের গতির পরিপ্রেক্ষিতে, ডিজাইনাররা একাধিক চ্যালেঞ্জের মুখোমুখি হবে, যার মধ্যে রয়েছে পরজীবী ইন্ডাকট্যান্স, আরও সুনির্দিষ্ট গেট নিয়ন্ত্রণের প্রয়োজনীয়তা, গেট লিকেজ কারেন্ট, এবং রিভার্স কন্ডাকশন ভোল্টেজ ড্রপ।
নির্দিষ্ট GaN ভিত্তিক অ্যাপ্লিকেশন ডিজাইন করার জন্য একটি ডেডিকেটেড GaN কন্ট্রোলার একটি আদর্শ পছন্দ। উদাহরণস্বরূপ, Analog Devices, Inc. GaN পাওয়ার কন্ট্রোলারের একটি পরিসর অফার করে। ডিজাইনাররা একটি সমন্বিত বুদ্ধিমান বুটস্ট্র্যাপ সুইচ সহ LT8418 100V হাফ ব্রিজ GaN ড্রাইভারের মতো সাধারণ উত্সর্গীকৃত GaN FET ড্রাইভারগুলি ব্যবহার করতে পারেন (চিত্র 1)৷
চিত্র 1: ADI এর ডেডিকেটেড LT8418 হাফ ব্রিজ GaN ড্রাইভার। (চিত্রের উত্স: এনালগ ডিভাইস, Inc.)
এই ডিভাইসটি অন এবং অফ পিরিয়ডের সময় GaN FET-এর বেশ কয়েকটি হারকে সুনির্দিষ্টভাবে নিয়ন্ত্রণ করতে একটি পৃথক গেট ড্রাইভার ব্যবহার করে, যার ফলে রিং দমন করে এবং EMI কার্যক্ষমতা বৃদ্ধি করে। ডিভাইসটি ওয়েফার লেভেল চিপ লেভেল প্যাকেজিং (WLCSP)ও ব্যবহার করে পরজীবী ইন্ডাকট্যান্স কমানোর জন্য।
এছাড়াও, আরও জটিল কন্ট্রোলার বেছে নেওয়া যেতে পারে, যেমন LTC7890 এবং LTC7891 (চিত্র 2) উচ্চ-কার্যক্ষমতা সম্পন্ন ডুয়াল বক ডিসি/ডিসি সুইচিং রেগুলেটর কন্ট্রোলার GaN FET-এর জন্য।
চিত্র 2: উচ্চ কর্মক্ষমতা ADI LTC7891 DC/DC সুইচিং নিয়ন্ত্রক GaN FET-এর জন্য উপযুক্ত। (চিত্রের উত্স: এনালগ ডিভাইস, Inc.)
সিলিকন MOSFET সমাধানগুলির বিপরীতে, LTC7890/LTC7891 ডিভাইসগুলির প্রতিরক্ষামূলক ডায়োড বা অন্যান্য বাহ্যিক উপাদানগুলির প্রয়োজন হয় না। এই ডিভাইসগুলির গেট ড্রাইভিং ভোল্টেজ সঠিকভাবে 4 V এবং 5.5 V এর মধ্যে সামঞ্জস্য করা যেতে পারে যাতে পারফরম্যান্স অপ্টিমাইজ করা যায় এবং অন্যান্য GaN FETs বা লজিক লেভেল MOSFET-এর ব্যবহার সমর্থন করে৷
যখন সিলিকন কন্ট্রোলার একমাত্র বিকল্প
4-সুইচ বক বুস্ট কন্ট্রোলারের মতো মূল উপাদানগুলির জন্য বর্তমানে কোনো ডেডিকেটেড GaN কন্ট্রোলার নেই। সাবধানে অপারেশনের মাধ্যমে, ইঞ্জিনিয়াররা GaN FET গুলি চালানোর জন্য MOSFET-এর জন্য মূলত ডিজাইন করা কন্ট্রোলার ব্যবহার করতে সক্ষম হতে পারে, যার ফলে শক্তি এবং দক্ষতা উন্নত হয়। যদি সিলিকন ডিভাইসের জন্য কন্ট্রোলার সরাসরি GaN অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে ব্যবহার করা হয়, তাহলে উপাদান নির্বাচন করার সময় এবং সার্কিট বোর্ড ডিজাইন করার সময় অতিরিক্ত সতর্কতা অবলম্বন করতে হবে এবং অন্যান্য সার্কিটগুলিরও প্রয়োজন হতে পারে।
হাই-পাওয়ার কনভার্টারগুলিতে, প্রথাগত গেট ড্রাইভারের আউটপুট ভোল্টেজ সাধারণত 5 V এর থেকে বেশি হয়, সাধারণত 7 V এবং 10 V এর মধ্যে এবং কখনও কখনও এর চেয়েও বেশি। এই ভোল্টেজের সাথে GaN FET চালানোর সময়, এটি সমস্যার সৃষ্টি করতে পারে কারণ GaN FET-এর সর্বাধিক রেটেড গেট ভোল্টেজ সাধারণত শুধুমাত্র 6V হয়। এমনকি যদি PCB-তে ভোল্টেজ স্পাইক বা স্ট্রে ইনডাক্টেন্সের কারণে রিং হওয়ার কারণে এই সীমাটি সংক্ষিপ্তভাবে অতিক্রম করা হয়, তবে এটি স্থায়ীভাবে GaN ডিভাইসের ক্ষতি করতে পারে।
এই সমস্যাগুলি এড়াতে, ডিজাইনারদের সঠিকভাবে নিয়ন্ত্রক নির্বাচন করতে হবে এবং পিসিবি লেআউট, বিশেষ করে গেট এবং উত্স রিটার্ন পাথের চারপাশে নিবিড়ভাবে নিরীক্ষণ করতে হবে, যাতে যতটা সম্ভব কম ইনডাক্টেন্স বজায় রাখা যায় এবং অপ্রয়োজনীয় ভোল্টেজ ওভারশুট কমানো যায়।
অনেক MOSFET ড্রাইভার নন-নিয়ন্ত্রিত সিলিকন গেট ড্রাইভার ব্যবহার করে, কিন্তু তাদের ভোল্টেজ GaN FET-এর পরম সর্বোচ্চ ভোল্টেজের উপরে চলে যেতে পারে। ডিজাইন করার সময়, গেট ড্রাইভ ভোল্টেজ পরিচালনা, বুটস্ট্র্যাপ পাওয়ার সাপ্লাই নিয়ন্ত্রণ এবং ডেড টাইম অপ্টিমাইজ করার জন্য বিবেচনা করা উচিত।
4-সুইচ বক বুস্ট ডিভাইসটিকে অবশ্যই একটি 5V গেট কন্ট্রোলার ব্যবহার করতে হবে যাতে GaN FET-এ অপ্রত্যাশিত ওভারভোল্টেজ প্রতিরোধ করা যায়। দুর্ঘটনাজনিত ওভারভোল্টেজ থেকে গেটটিকে রক্ষা করার জন্য ক্ল্যাম্প সার্কিট বা গেট ভোল্টেজ লিমিটারের মতো প্রতিরক্ষামূলক উপাদানগুলি প্রবর্তন করাও গুরুত্বপূর্ণ।
একটি বুটস্ট্র্যাপ ক্যাপাসিটরের সাথে সমান্তরালে একটি 5.1V জেনার ডায়োড ব্যবহার করে, ADI এর LT8390A একটি 5V গেট কন্ট্রোলার (চিত্র 3) হিসাবে ব্যবহার করা যেতে পারে। এটি প্রস্তাবিত ড্রাইভিং স্তরে গেট ভোল্টেজকে ক্ল্যাম্প করবে, তাই ডিভাইসটি সর্বদা নিরাপদ অপারেটিং সীমার মধ্যে থাকে। আরও সুরক্ষা প্রদানের জন্য, একটি 10 Ω প্রতিরোধককে একটি বুটস্ট্র্যাপ সার্কিটের সাথে সিরিজে সংযুক্ত করা যেতে পারে যাতে খুব দ্রুত উচ্চ-শক্তি স্যুইচিং নোডের কারণে ঘটতে পারে এমন যেকোনো রিং-এর ঘটনা কমাতে পারে।