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基于RTL的单片集成逆变器用于采用β-Ga₂O₃ MOSFET的栅极驱动IC
Monolithically Integrated RTL-Based Inverters for Gate Driver IC Using β-Ga₂O₃ MOSFETs
| 作者 | Ganesh Mainali · Dhanu Chettri · Vishal Khandelwal · Glen Isaac Maciel García · Mritunjay Kumar · Saravanan Yuvaraja |
| 期刊 | IEEE Transactions on Electron Devices |
| 出版日期 | 2025年9月 |
| 技术分类 | 储能系统技术 |
| 技术标签 | 储能系统 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 栅极驱动器 集成电路 β - Ga2O3 RTL逆变器 单片集成 |
语言:
中文摘要
栅极驱动器通过提供快速开关所需的驱动电流，实现功率金属 - 氧化物 - 半导体场效应晶体管（MOSFET）与数字控制电路的接口连接。本研究展示了一种基于β - Ga₂O₃电阻 - 晶体管逻辑（RTL）反相器的单片集成栅极驱动器集成电路（IC），该集成电路采用增强型多指（MF）MOSFET和基于凹槽外延的电阻器。这款面积为0.785平方毫米的芯片以同相配置集成了两个RTL反相器，在15 V电源供电下，实现了11.9 V/V和12.2 V/V的电压增益，高/低噪声容限分别为3.4 V/1.3 V和3.0 V/1.6 V。动态特性测试表明，在5 V控制输入下，开关速度为9.4微秒，输出摆幅可达15 V。这些结果验证了基于RTL的栅极驱动器适用于β - Ga₂O₃功率集成电路，并凸显了其在可扩展单片集成方面的潜力。
English Abstract
The gate driver interfaces power MOSFETs with digital control circuits by providing the necessary drive current for rapid switching. This work demonstrates a monolithically integrated gate driver integrated circuit (IC) based on -Ga2O3 resistor-transistor logic (RTL) inverter, utilizing enhancement-mode multifinger (MF) MOSFETs and recessed epitaxy-based resistors. The 0.785-mm2 chip integrates two RTL inverters in a noninverting configuration and achieves voltage gains of 11.9 and 12.2 V/V with high/low noise margins of 3.4 /1.3 V and 3.0/1.6 V at a 15-V supply. Dynamic characterization shows a switching speed of 9.4~ s with a 5-V control input, producing output swings up to 15 V. These results validate the suitability of RTL-based gate drivers for -Ga2O3 power ICs and highlight their potential for scalable monolithic integration.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看，这项基于β-Ga₂O₃材料的单片集成栅极驱动技术具有重要的战略参考价值。作为光伏逆变器和储能系统的核心部件，栅极驱动电路的性能直接影响系统的开关损耗、效率和可靠性。
该技术的主要价值在于实现了驱动电路与功率器件的单片集成。传统方案中，栅极驱动IC与功率MOSFET分离封装，存在寄生参数大、布局复杂等问题。β-Ga₂O₃材料的超宽禁带特性（约4.8eV）使其能够承受更高的工作电压和温度，这与阳光电源追求的高功率密度、高效率目标高度契合。论文展示的15V电压摆幅和9.4μs开关速度虽然尚未达到商用Si或SiC器件水平，但已验证了单片集成的可行性。
对于阳光电源的产品线，这项技术在以下方面具有潜力：首先，单片集成可显著减小逆变器模块体积，提升功率密度；其次，减少互连寄生电感，降低开关过程中的电压尖峰和EMI问题；第三，简化热管理设计，驱动电路与功率器件共享散热路径。
然而，技术成熟度仍是主要挑战。β-Ga₂O₃器件目前处于研发阶段，存在制造成本高、工艺一致性待提升、生态链不完善等问题。开关速度相比成熟的GaN或SiC方案仍有差距，限制了其在高频应用中的竞争力。
建议阳光电源对该技术保持跟踪关注，特别是在超高压、极端环境应用场景的可能性。短期内可与科研机构建立合作，参与技术标准制定；长期则需评估5-10年后该材料体系成熟时的产业化机会，为下一代功率电子平台做好技术储备。