1. 课程导入与GaN功率器件基础
欢迎进入《TI C2000驱动硬件与GaN应用》课程。本章作为全课程的起点，目标不是立刻写出驱动代码，而是先建立三个关键认知：这门课要解决什么问题、C2000在GaN驱动链路中扮演什么角色、以及GaN HEMT为什么需要一套与传统硅MOSFET不同的驱动方案。只有把器件物理、驱动需求和控制器能力三者对齐，后续的PWM配置、死区设置、栅极电阻选择、采样与保护设计才有依据。
一、课程目标与整体技术路线
本课程围绕“用C2000实时控制器驱动GaN功率级”这一主线展开，最终希望读者能够独立完成以下任务：读懂GaN HEMT的数据手册关键参数；根据器件阈值电压、栅极电荷和允许栅压范围设计栅极驱动电路；利用C2000的EPWM、CMPSS、ADC等外设实现高频、低延迟的开关控制与保护；并在实际调试中判断驱动波形是否正常、是否存在直通或误导通风险。课程后续会依次覆盖C2000外设配置、驱动芯片选型、功率级布局、死区与保护、以及典型应用案例。
需要强调的是，GaN器件的优势只有在驱动和布局都正确时才能体现。如果驱动回路寄生电感过大、栅极电阻选择不当，或者死区时间没有针对GaN反向导通特性优化，那么GaN的高频低损耗优势会被振荡、过冲和额外损耗抵消，甚至导致器件失效。因此本课程把“器件—驱动—控制器—布局”作为一个整体来讲解。
二、C2000在GaN驱动中的角色
C2000系列（如TMS320F28004x、F28002x、F2837x等）在GaN驱动系统中主要承担四类任务。第一是高频PWM生成：GaN功率级常工作在200kHz至1MHz以上，C2000的EPWM模块支持高分辨率（HRPWM）和灵活的时基、计数比较、动作限定器配置，可以产生纳秒级分辨率的互补或独立PWM。第二是精确死区与延迟控制：通过DB子模块设置上升沿/下降沿延迟，配合GaN器件的反向导通压降和开关时间，避免桥臂直通。第三是快速保护：CMPSS比较器配合EPWM的TZ（Trip Zone）可以在数十纳秒内封锁PWM输出，响应过流或过压。第四是闭环控制与采样：ADC在PWM同步触发下采样电流、电压，CPU或CLA执行控制算法，形成完整的数字电源或电机驱动环路。
换句话说，C2000不是简单地“发波”，而是把时序、保护和控制集成在同一颗芯片内，减少外部逻辑延迟，这对GaN高频开关尤为重要。
三、GaN HEMT结构与增强型/耗尽型对比
GaN HEMT（高电子迁移率晶体管）的核心结构是在AlGaN/GaN异质结界面形成二维电子气（2DEG）。由于自发极化和压电极化效应，即使不掺杂，界面处也会形成高浓度、高迁移率的电子沟道。这使得GaN HEMT具有低导通电阻、低栅极电荷和极快的开关速度。根据栅极是否在零偏时存在沟道，GaN HEMT分为耗尽型（d-mode）和增强型（e-mode）。耗尽型器件在Vgs=0时沟道已存在，属于常开器件，需要负压关断；增强型器件在Vgs=0时沟道关断，属于常关器件，更适合直接替代硅MOSFET的驱动方式。当前主流功率应用多采用增强型GaN，但部分高压或特殊拓扑仍会使用耗尽型加级联结构。
增强型GaN的阈值电压通常在1V至2V左右，明显低于硅MOSFET的3V至5V。这意味着它更容易受到栅极噪声和串扰影响，驱动电路必须严格控制关断电平，避免半桥另一管开关时通过米勒电容耦合导致误导通。同时，GaN栅极允许电压范围较窄，典型为-5V至+6V或0V至+6V，超过额定值会迅速损坏栅氧化层或栅极结构。
四、开关特性与驱动需求
GaN HEMT没有体二极管，反向导通时通过沟道或衬底二极管实现，其反向压降通常高于硅MOSFET体二极管。因此死区时间不能简单照搬硅方案：死区过长会增加反向导通损耗，死区过短则可能直通。实际设计中需要根据器件反向压降、负载电流和开关频率折中，通常死区在10ns至50ns量级，并通过C2000的DB模块精确设置。
GaN的栅极电荷Qg较小，开关速度极快，dv/dt和di/dt很高。这带来两个驱动需求：一是栅极回路寄生电感必须极小，否则会产生严重振荡；二是栅极电阻Rg需要仔细选择，Rg过小会加剧振荡和过冲，Rg过大则增加开关损耗。常见做法是开通和关断使用不同电阻，甚至采用负压关断提高抗扰度。此外，驱动芯片需要具备足够的峰值电流能力，以在几纳秒内完成栅极充放电。
下面用一张信号链与结构关系图，把C2000、驱动器和GaN半桥之间的关键连接、信号方向以及需要关注的参数集中呈现出来。
五、从器件特性到驱动方案的判断依据
在实际选型和调试中，可以按以下顺序建立判断。首先确认GaN器件是增强型还是耗尽型：增强型可直接用正压驱动，耗尽型必须提供负压关断或采用级联结构。其次查看数据手册中的Vgs范围、Vth、Qg、Ciss、Crss和反向导通压降，这些参数决定驱动电流、栅极电阻和死区范围。然后根据开关频率估算驱动损耗和栅极回路振荡风险，频率越高，Rg和布局越关键。最后用C2000的EPWM和CMPSS实现精确时序与快速保护，并通过示波器观察栅极波形、漏源电压和桥臂电流，判断是否存在过冲、振荡或直通。