本文将探讨GaN开关在开关模式电源中的应用情况，包括其相比传统硅基MOSFET的优势，面临的挑战，入门的方法以及相关的仿真示例，最后对GaN技术在该领域的现状和未来发展进行总结。
在开关模式电源这个领域，使用GaN开关属于一种较为新颖的技术手段。这种技术就像是一颗新星，被寄予厚望，因为它极有可能为电源带来更高的效率，同时也让电源具备更高的功率密度。这篇文章着重对这项技术目前的准备状况展开讨论，当然，也会提到在发展过程中所遭遇到的各种挑战，并且对GaN在开关模式电源中作为硅的替代物的未来发展景象进行展望。在当下，那些从事电源管理设计工作的工程师们常常会在心里产生这样一个疑问：是不是现在就应该把硅基功率开关替换成GaN开关了呢？
氮化镓（GaN）这种技术和传统的硅基MOSFET相比，那可是有着诸多的优点的。GaN属于宽带隙半导体，这个特性使得功率开关能够在高温的环境下正常工作，而且还能实现高功率密度。这种材料的击穿电压比较高，这就意味着它能够应用在100V以上的场景当中。就算是对于100V以下的各类电源设计来说，GaN所具备的高功率密度以及快速开关的特性也能够带来很多的好处，比如说能够进一步提高功率转换的效率之类的。
挑战
当我们用GaN器件去替代硅基MOSFET的时候，必然是会碰到一些难题的。首先，GaN开关的栅极电压额定值通常是比较低的，所以呢，就必须非常严格地去限制驱动器级的最大电压，要是不这样做的话，就很有可能会把GaN器件给损坏掉。
其次，我们必须要关注电源开关节点处的快速电压变化（dv/dt），这个因素有可能会造成底部开关出现误导通的情况。为了解决这个问题呢，就需要去布置单独的上拉和下拉引脚，并且要精心地去设计印刷电路板的布局。
最后，GaN FET在死区时间的导通损耗是比较高的，所以就需要尽可能地去缩短这个死区时间，在这个过程中，还得注意高端和低端开关的导通时间是不能够重叠的，不然就会出现接地短路的情况。
如何入门
GaN在电源设计这个领域是有着非常广阔的发展前景的，可是对于很多企业来说，如何才能够开始进行相关的设计却是一个令人头疼的问题。有一个比较简单的方法，那就是选择相关的开关模式电源控制器IC，比如说ADI公司的单相降压GaN控制器LTC7891。选择这种专门的GaN控制器能够让GaN电源设计变得更加简单，也能增强它的稳定性。前面所提到的那些挑战都能够通过GaN控制器来解决。就像图1所展示的那样，采用GaN FET和LTC7891等专门的GaN控制器，会极大地简化降压电源设计。
迈出第一步
在选定了合适的硬件、控制器IC以及GaN开关之后，就可以通过详细的电路仿真来快速得到初步的评估结果。ADI公司的LTspice®能够提供完整的电路模型，而且这个模型是可以免费用于仿真的。这可是学习使用GaN开关的一种很便捷的方法。图3就是LTC7890（LTC7891的双通道版本）的仿真原理图。
结论
GaN技术在开关模式电源这个领域已经收获了很多的成果，能够被应用到很多的电源应用当中。在未来，GaN开关技术肯定还会不断地迭代更新，进一步地去探索它的应用前景。ADI现有的GaN开关模式电源控制器和驱动器是非常灵活而且可靠的，能够兼容当前以及未来由不同供应商研发出来的GaN FET。
本文首先阐述了GaN开关在开关模式电源中的优势，包括在高温下工作、高功率密度、高击穿电压等。接着详细介绍了用GaN器件替代硅基MOSFET面临的挑战，如栅极电压额定值低、开关节点电压变化问题和死区时间导通损耗高等。然后讲述了入门的方法，可选择如ADI公司的相关控制器IC简化设计。之后提到选定硬件等后可通过电路仿真获取初步评估结果。最后得出结论，GaN技术在该领域成果颇多且前景广阔，ADI的相关产品灵活可靠能兼容不同供应商的GaN FET。
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