如果設計需要出色功率效率的電子應用，請考慮使用新型高性能氮化鎵（GaN）和碳化硅（SiC）技術。與傳統的電子開關硅解決方案相比，這些新的寬帶隙技術具有顯著的優勢。它們具有更小的物理芯片尺寸、卓越的導熱性和管理能力以及更低的開關損耗，非常適合空間受限的應用，例如工業、醫療、電信和汽車應用的電源、驅動器和逆變器。但是，您必須考慮一些設計權衡，特別是在開關損耗方面。例如，由此產生的更高的 di/dt 和 dv/dt 以及更高的運行速度會放大電路中的頻率振蕩，從而使噪聲成為關鍵考慮因素。為了緩解這種情況，您必須仔細考慮柵極電阻的選擇，

在典型的電路功能中，您使用高側 （HS） 和低側 （LS） MOSFET 作為開關器件來驅動感性負載。當關閉 HS 和 LS 開關時，電流從電源 V CC流向電感器Lo。另一方面，當關閉 HS 開關并打開 LS 開關時，電感電流繼續從地同步流向Lo。柵極電壓定義了開關狀態，柵極電壓的變化影響柵極環路的充電和放電。開關時間和相關損耗取決于柵極電流對柵極電容器充電和放電的速度。柵極電流受驅動器電壓柵極電阻和驅動器電路整體固有寄生效應的影響（圖 1a）。

圖 1a：柵極驅動元件

為了避免同時開啟/關閉，請仔細選擇柵極電阻解決方案，例如高功率厚膜芯片、薄膜 MELF 或高功率背接觸電阻。這種解決方案消除了延長“死區時間”（HS 和 LS 開關開啟之間的時間）的需要，該時間有效地轉化為功率損耗（圖 1b）。

圖 1b：同步降壓電路，具有“死區時間”的驅動信號

選擇柵極電阻器技術的基本考慮因素是脈沖功率、脈沖時間和溫度以及穩定性。使用雙柵極電阻時，通常建議導通柵極電阻的值應至少是截止柵極電阻的兩倍（圖 1c）。請務必注意關斷柵極電阻的值，以避免漏極（或IGBT的集電極）處的電壓上升時出現寄生導通。

圖 1c：基本門電路（具有單獨的開啟和關閉）

您還需要考慮柵極電阻的阻值，因為當阻值過高或過低時，都會出現損耗或振蕩。柵極電阻器需要快速處理高峰值負載，并且平均功耗將隨著頻率和占空比的增加而增加。從功能上講，它將對器件中積累的內部電容和米勒電荷進行放電。減少電壓過沖可減少器件和驅動器上的壓力，減少寄生電感可避免開關期間的 V GS振蕩。

減少走線長度（寄生電感）對于限度地減少電路中的噪聲非常重要。這就是為什么通常引線鍵合或表面貼裝柵極電阻器的原因。對于 IGBR 引線鍵合系列，背接觸可提供卓越的導熱性，并限度地減少器件和 PCB 之間的熱變化。結合引線鍵合連接、物理尺寸和燒結能力，您可以將 IGBR 電阻器燒結在高功率半導體模塊或外殼內。這樣可以非常接近開關器件，從而減少一些寄生元件并有助于降低電路噪聲。

如圖 2 所示，柵極電阻器技術解決方案選項范圍從高功率厚膜芯片 （a） 到薄膜 MELF （b） 器件以及額定功率高達 4 W 的薄膜基板類型 （c）。 柵極電阻器選擇時的其他考慮因素包括元件尺寸、精度、可靠性、元件與 PCB 之間的熱性能以及并聯寄生電感。

圖 2：柵極電阻器類型

柵極電阻通常指定 （R G ） 介于 1 Ω 和 100 Ω 之間。選擇較低的 RG 值可以減少器件的耗散（E ON、E OFF），從而產生更高的驅動電流。鑒于寬帶半導體的上升時間很短，您還需要考慮柵極電阻器的 RF 影響，并在開關損耗和 EMI 性能之間找到平衡。如果您希望減少 EMI 輻射，可以使用更高阻值的電阻器并延長開關的上升時間，但這自然會增加開關損耗。

根據電源電路中的電感和負載，還應仔細檢查各種電阻器技術的工作電壓，因為開關期間會出現電壓尖峰。考慮到所有這些因素，您可以選擇滿足您的電源效率、可靠性和降噪要求的正確柵極電阻解決方案。

在處理可達到兩位數安培的高峰值電流和高頻（有時瞬態甚至在 MHz 范圍內）時，重要的是要考慮溫度對電阻器的影響。較高的溫度會導致電阻值隨著時間的推移而漂移和增加。該器件的結構決定了電阻值的長期穩定性。例如，與單芯片的矩形表面相比，MELF 電阻器的圓柱體表面積擴大了 pi 倍，這可以顯著提高其性能。使用鎳鉻等穩定的薄膜材料還可以提供出色的脈沖負載能力。在空間受限的設計中，電源開關的相對位置很重要，因為熱量可以從電源開關流入 PCB，從而影響柵極電阻器的工作溫度。

假設您想充分實現寬帶隙半導體的效率優勢。在這種情況下，您需要設計一個的柵極驅動器電路，該電路考慮柵極電荷 Q x、開關頻率、驅動器的峰值電流能力以及快速開關（電路性能的定時和穩定性）的具體要求。選擇具有適當技術和器件結構的正確低歐姆值柵極電阻器對于實現電路效率至關重要。