近年来随着氮化镓器件制造工艺的迅速发展,氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)已经开始应用在电力电子领域。GaN HEMT以其低寄生参数、无反向恢复损耗、高开通速度等特点,可降低开关管的开关损耗。本文以600V GaN HEMT为研究对象,研究...近年来随着氮化镓器件制造工艺的迅速发展,氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)已经开始应用在电力电子领域。GaN HEMT以其低寄生参数、无反向恢复损耗、高开通速度等特点,可降低开关管的开关损耗。本文以600V GaN HEMT为研究对象,研究其共源共栅(Cascode)结构引起的开关动态过程及其寄生参数的影响。建立了600V GaN HEMT等效模型并详细推导了其在单相逆变器中开关管正向导通、正向关断、反向续流导通和反向续流关断四种情况的动态过程。GaN HEMT的等效电路考虑了对开关过程及开关损耗有重要影响的寄生电感和寄生电容。理论、仿真及实验证明了Cascode GaN HEMT器件中寄生电感L_(int1)、L_(int3)和L_S直接影响开关管的动态过程进而影响开关管的开关损耗。展开更多
为了减小氮化镓驱动电路高频工作时的损耗,针对共栅共源氮化镓高电子迁移率晶体管(Cascode GaN HEMT)提出一种高频谐振驱动电路,采用储能元件替代传统驱动电路中的耗能元件,电感电流为GaN器件栅极电容充/放电,有源密勒钳位电路抑制桥臂...为了减小氮化镓驱动电路高频工作时的损耗,针对共栅共源氮化镓高电子迁移率晶体管(Cascode GaN HEMT)提出一种高频谐振驱动电路,采用储能元件替代传统驱动电路中的耗能元件,电感电流为GaN器件栅极电容充/放电,有源密勒钳位电路抑制桥臂串扰。该文重点研究高频谐振驱动电路的工作模态,对电路损耗进行详细分析,给出电感取值的选取原则,并利用PSIM软件对电路进行仿真。最终搭建实验平台对电路的性能进行测试。结果表明,电感为电容充/放电提供低阻抗通路,能有效减小GaN器件驱动电路的电压振荡,明显降低驱动电路的损耗。仿真和实验同时证明了所提出的电路具有较好的性能。展开更多
氮化镓(GaN)高电子迁移率晶体管(high electron mobility transistor,HEMT)以其击穿场强高、导通电阻低、转换效率高等特点引起科研人员的广泛关注并有望应用于电力电子系统中,但其高功率密度和高频特性给封装技术带来极大挑战。传统硅...氮化镓(GaN)高电子迁移率晶体管(high electron mobility transistor,HEMT)以其击穿场强高、导通电阻低、转换效率高等特点引起科研人员的广泛关注并有望应用于电力电子系统中,但其高功率密度和高频特性给封装技术带来极大挑战。传统硅基电力电子器件封装中寄生电感参数较大,会引起开关振荡等问题,使GaN的优良性能难以充分发挥;另外,封装的热管理能力决定了功率器件的可靠性,若不能很好地解决器件的自热效应,会导致其性能降低,甚至芯片烧毁。本文在阐释传统封装技术应用于氮化镓功率电子器件时产生的开关震荡和热管理问题基础上,详细综述了针对以上问题进行的GaN封装技术研究进展,包括通过优化控制电路、减小电感L_(g)、提高电阻R_(g)抑制dv/dt、在栅电极上加入铁氧体磁环、优化PCB布局、提高磁通抵消量等方法解决寄生电感导致的开关振荡、高导热材料金刚石在器件热管理中的应用、器件封装结构改进,以及其他散热技术等。展开更多
文摘近年来随着氮化镓器件制造工艺的迅速发展,氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)已经开始应用在电力电子领域。GaN HEMT以其低寄生参数、无反向恢复损耗、高开通速度等特点,可降低开关管的开关损耗。本文以600V GaN HEMT为研究对象,研究其共源共栅(Cascode)结构引起的开关动态过程及其寄生参数的影响。建立了600V GaN HEMT等效模型并详细推导了其在单相逆变器中开关管正向导通、正向关断、反向续流导通和反向续流关断四种情况的动态过程。GaN HEMT的等效电路考虑了对开关过程及开关损耗有重要影响的寄生电感和寄生电容。理论、仿真及实验证明了Cascode GaN HEMT器件中寄生电感L_(int1)、L_(int3)和L_S直接影响开关管的动态过程进而影响开关管的开关损耗。
文摘为了减小氮化镓驱动电路高频工作时的损耗,针对共栅共源氮化镓高电子迁移率晶体管(Cascode GaN HEMT)提出一种高频谐振驱动电路,采用储能元件替代传统驱动电路中的耗能元件,电感电流为GaN器件栅极电容充/放电,有源密勒钳位电路抑制桥臂串扰。该文重点研究高频谐振驱动电路的工作模态,对电路损耗进行详细分析,给出电感取值的选取原则,并利用PSIM软件对电路进行仿真。最终搭建实验平台对电路的性能进行测试。结果表明,电感为电容充/放电提供低阻抗通路,能有效减小GaN器件驱动电路的电压振荡,明显降低驱动电路的损耗。仿真和实验同时证明了所提出的电路具有较好的性能。
文摘氮化镓(GaN)高电子迁移率晶体管(high electron mobility transistor,HEMT)以其击穿场强高、导通电阻低、转换效率高等特点引起科研人员的广泛关注并有望应用于电力电子系统中,但其高功率密度和高频特性给封装技术带来极大挑战。传统硅基电力电子器件封装中寄生电感参数较大,会引起开关振荡等问题,使GaN的优良性能难以充分发挥;另外,封装的热管理能力决定了功率器件的可靠性,若不能很好地解决器件的自热效应,会导致其性能降低,甚至芯片烧毁。本文在阐释传统封装技术应用于氮化镓功率电子器件时产生的开关震荡和热管理问题基础上,详细综述了针对以上问题进行的GaN封装技术研究进展,包括通过优化控制电路、减小电感L_(g)、提高电阻R_(g)抑制dv/dt、在栅电极上加入铁氧体磁环、优化PCB布局、提高磁通抵消量等方法解决寄生电感导致的开关振荡、高导热材料金刚石在器件热管理中的应用、器件封装结构改进,以及其他散热技术等。
