600V耗尽型GaN HEMT负压栅驱动技术的研究
发布时间：2025-05-07 04:27
随着GaN技术的不断成熟,其应用领域也逐渐从100V以下低压、小功率系统拓展到400V以上的高压、大功率、高功率密度系统。高压GaN器件的物理特性优势使得其将成为取代传统超结MOSFET的高压电源转换系统解决方案。然而,传统高压Si功率器件驱动电路无法充分匹配高压GaN器件的性能优势,低压GaN驱动电路及系统方案在高压下也不适用。因此,设计高可靠性、高压、高性能GaN驱动系统成为当前高压GaN技术发展的关键。驱动电路的设计往往由功率器件的物理机理直接决定。本文对E-mode(Enhancement Mode,增强型)、D-mode(Depletion Mode,耗尽型)、Cascode(级联型)三种高压GaN器件的物理机理进行了深入探究,并分析归纳了当前学术界和产业界对三种器件的驱动策略和各自的优势及设计挑战。综合考虑器件FOM值、高dv/dt抗扰能力、栅极电压范围、Slew-rate调控性、器件可靠性等因素,选取耗尽型GaN作为功率器件,以直接栅驱动的驱动策略对本文高压驱动系统进行设计。针对低压GaN驱动系统在高压应用下的不足,本文首先对高压GaN驱动系统提出优化和改进措施,深入分析了...
【文章页数】：133 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 高压GaN HEMT背景概述
1.2 高压GaN HEMT研究现状及发展态势
1.2.1 传统功率转换拓扑的复用
1.2.2 新型功率拓扑及其应用
1.2.3 AC-to-PoL电源系统架构
1.2.4 Adapter快速充电应用
1.3 本文结构安排
第二章 高压GaN HEMT特性及驱动策略
2.1 横向GaN HEMT功率开关器件
2.1.1 耗尽型GaN HEMT
2.1.2 增强型GaN HEMT
2.1.3 Cascode GaN HEMT
2.2 高压GaN HEMT的驱动考虑
2.2.1 非理想情况下的器件开关过程
2.2.2 自整流反向导通特性
2.2.3 di/dt和 dv/dt效应
2.2.4 高压器件的漂移现象
2.3 高压GaN HEMT驱动策略
2.3.1 E-mode GaN驱动策略
2.3.2 Cascode驱动策略
2.3.3 D-mode GaN驱动策略
2.3.4 三种高压驱动策略对比
2.4 本章小结
第三章 高可靠性高压GaN驱动系统设计
3.1 单通道600V功率级集成式驱动芯片设计
3.1.1 芯片架构设计考虑
3.1.2 芯片工作原理
3.2 高压GaN驱动的系统级设计
3.2.1 低压GaN驱动方案在高压系统中存在的问题
3.2.2 隔离驱动技术
3.2.3 高压半桥隔离驱动系统架构
3.3 GaN电源转换器的散热设计
3.4 本章小结
第四章 耗尽型GaN Negative Directly Gate-drive技术
4.1 Negative Directly Gate-drive技术
4.2 片内供电电源LDO设计
4.2.1 LDO架构设计
4.2.2 EA环路原理及小信号分析
4.2.3 电流限环路的设计及工作原理
4.3 Inverting Buck-Boost负电源轨设计
4.3.1 负电源电压值的设计考虑
4.3.2 负电源带载分析
4.3.3 Inverting Buck-Boost系统架构及控制策略设计
4.3.4 驱动级与功率级设计
4.3.5 整仿验证
4.4 耗尽型GaN Adjustable Drive-slope Control技术
4.4.1 D-mode GaN分段驱动策略
4.4.2 Adjustable Drive-slope Control系统架构设计
4.4.3 分段驱动电路设计
4.4.4 驱动芯片Slew-rate Control设计
4.4.5 整仿验证
4.5 Enable Si MOSFET及驱动设计
4.5.1 级联器件的开关分析
4.5.2 MOS Driver设计
4.6 本章小结
第五章 高可靠性高压GaN驱动系统整仿验证
5.1 双脉冲测试方案验证
5.1.1 仿真环境及指标定义
5.1.2 仿真结果
5.2 半桥驱动方案验证
5.3 本章小结
第六章 全文总结与展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果
本文编号：4043607
【文章页数】：133 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 高压GaN HEMT背景概述
1.2 高压GaN HEMT研究现状及发展态势
1.2.1 传统功率转换拓扑的复用
1.2.2 新型功率拓扑及其应用
1.2.3 AC-to-PoL电源系统架构
1.2.4 Adapter快速充电应用
1.3 本文结构安排
第二章 高压GaN HEMT特性及驱动策略
2.1 横向GaN HEMT功率开关器件
2.1.1 耗尽型GaN HEMT
2.1.2 增强型GaN HEMT
2.1.3 Cascode GaN HEMT
2.2 高压GaN HEMT的驱动考虑
2.2.1 非理想情况下的器件开关过程
2.2.2 自整流反向导通特性
2.2.3 di/dt和 dv/dt效应
2.2.4 高压器件的漂移现象
2.3 高压GaN HEMT驱动策略
2.3.1 E-mode GaN驱动策略
2.3.2 Cascode驱动策略
2.3.3 D-mode GaN驱动策略
2.3.4 三种高压驱动策略对比
2.4 本章小结
第三章 高可靠性高压GaN驱动系统设计
3.1 单通道600V功率级集成式驱动芯片设计
3.1.1 芯片架构设计考虑
3.1.2 芯片工作原理
3.2 高压GaN驱动的系统级设计
3.2.1 低压GaN驱动方案在高压系统中存在的问题
3.2.2 隔离驱动技术
3.2.3 高压半桥隔离驱动系统架构
3.3 GaN电源转换器的散热设计
3.4 本章小结
第四章 耗尽型GaN Negative Directly Gate-drive技术
4.1 Negative Directly Gate-drive技术
4.2 片内供电电源LDO设计
4.2.1 LDO架构设计
4.2.2 EA环路原理及小信号分析
4.2.3 电流限环路的设计及工作原理
4.3 Inverting Buck-Boost负电源轨设计
4.3.1 负电源电压值的设计考虑
4.3.2 负电源带载分析
4.3.3 Inverting Buck-Boost系统架构及控制策略设计
4.3.4 驱动级与功率级设计
4.3.5 整仿验证
4.4 耗尽型GaN Adjustable Drive-slope Control技术
4.4.1 D-mode GaN分段驱动策略
4.4.2 Adjustable Drive-slope Control系统架构设计
4.4.3 分段驱动电路设计
4.4.4 驱动芯片Slew-rate Control设计
4.4.5 整仿验证
4.5 Enable Si MOSFET及驱动设计
4.5.1 级联器件的开关分析
4.5.2 MOS Driver设计
4.6 本章小结
第五章 高可靠性高压GaN驱动系统整仿验证
5.1 双脉冲测试方案验证
5.1.1 仿真环境及指标定义
5.1.2 仿真结果
5.2 半桥驱动方案验证
5.3 本章小结
第六章 全文总结与展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果
本文编号：4043607
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/4043607.html
