1. GaN与Si MOSFET的寄生参数差异
做电源设计这么多年，我接触过不少器件。从早期的硅管到后来的CoolMOS，再到现在的GaN。每次换代，寄生参数都在变。但GaN这次，变化是真的大。
咱们先看一张对比图，把核心差异理清楚。
这张图一目了然。GaN在三个关键寄生参数上，全面碾压传统Si MOSFET。下面我一个个拆开讲。
1.1 栅极电荷 Qg：开关速度的命门
栅极电荷，说白了就是让管子完全导通需要注入多少电荷。这个值越小，开关速度越快。
我记得第一次用GaN做LLC变换器时，看到Qg只有3.6 nC，差点以为自己看错了。要知道，同等级的Si MOSFET，Qg通常在15-30 nC。差了将近一个数量级。
为什么会这样？因为GaN是横向器件，栅极结构简单，寄生电容小。Si MOSFET是纵向结构，栅极和沟道之间隔着氧化层，天生就大。
1.2 输出电容 Coss：谐振腔里的隐形杀手
输出电容Coss，是漏源之间的寄生电容。在硬开关拓扑里，Coss每次开关都要充放电，产生损耗。
GaN的Coss通常只有Si MOSFET的1/3到1/5。我测过一款100W的适配器，用Si MOSFET时Coss损耗占了总损耗的8%，换成GaN后直接降到2%以下。
这里有个坑，我提醒一下大家。Coss不是常数，它随电压变化。GaN的Coss随电压升高下降得更快，这意味着在高压应用里，GaN的优势更明显。
1.3 反向恢复电荷 Qrr：体二极管的噩梦
这个参数，是GaN最让我惊艳的地方。Si MOSFET内部有个寄生体二极管，反向恢复时会产生Qrr。这个电荷会导致额外的损耗和电压尖峰。
GaN没有体二极管。它靠二维电子气（2DEG）导电，反向导通时没有少数载流子注入，所以Qrr几乎为零。
我曾经被Si MOSFET的Qrr坑过一次。做一款300W的PFC，满载时MOSFET的体二极管反向恢复电流尖峰高达8A，直接把驱动IC干烧了。换成GaN后，这个问题彻底消失。
| 参数 | Si MOSFET | GaN HEMT | 优势倍数 |
|---|---|---|---|
| 栅极电荷 Qg | 15-30 nC | 2-6 nC | 5-10x |
| 输出电容 Coss | 100-300 pF | 30-80 pF | 3-5x |
| 反向恢复电荷 Qrr | 1-5 μC | ≈ 0 | 近乎消除 |
1.4 低寄生优势带来的连锁反应
这三个参数低，带来的好处是连锁的。我总结了几点：
- 开关频率可以更高：Qg和Coss小，开关损耗低，频率可以做到1MHz以上。我做的一款48V转12V的DC-DC，频率做到2.2MHz，电感体积缩小了60%。
- 驱动电路更简单：Qg小，驱动电流需求低。Si MOSFET需要2-3A的驱动电流，GaN只要0.5-1A。驱动IC的选型压力小很多。
- EMI更好控制：没有Qrr，就没有反向恢复尖峰。这个尖峰是高频EMI的主要来源之一。去掉它，滤波器的设计轻松不少。
- 死区时间可以缩短：Qrr为零，不需要等反向恢复结束。死区时间可以从Si的100-200ns缩短到20-50ns。这对效率提升很有帮助。
嗯，说到这里，我想强调一点。GaN的低寄生优势，是它能在高频、高效率领域取代Si MOSFET的根本原因。但优势越大，对PCB布局的要求也越高。寄生电感哪怕多1nH，在高频下都会造成严重的振铃和过冲。
下一节，我会详细讲寄生电感对GaN半桥的影响。咱们先消化这些基础概念。