GaN驱动可靠性增强技术研究

发布时间：2023-03-04 21:06

　　近年来,在电源转换技术的应用中,高集成度的Si基功率半导体器件有了显著的发展。但随着高频和高功率密度转换器的应用需求不断增加,传统的基于Si技术的解决方案由于其自身的物理极限,正不断地面临挑战,与此同时,作为第三代宽禁带半导体的GaN材料逐渐进入人们的视野。GaN器件具有导通电阻R_dson小、栅极电荷Q_g小、无反向恢复效应等优点,更适用于高功率密度应用,其高压、低压应用在AC-DC电源转换中高效配合,但是极端的应用条件会带来一系列的可靠性问题,因此,对GaN器件以及其驱动可靠性的研究非常有必要。目前商用产品主要是增强型GaN器件,如pGaN或是cascode器件。但在实际应用中,pGaN器件的阈值电压小、栅源耐压小,会增加驱动电路的设计难度;cascode器件实际驱动的是Si基器件,仍有栅极电荷大、体二极管的反向恢复等问题,且cascode器件的驱动环路寄生参数较大。本文采用耗尽型GaN的直接驱动方案,直接利用负压对耗尽型GaN器件进行驱动,相比传统的cascode驱动方案更具优势。本文针对器件的过温、过流、栅源击穿等可靠性问题进行研究,这些...

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 GaN驱动的背景与应用
    1.2 驱动可靠性增强技术研究现状
        1.2.1 优化功率拓扑
        1.2.2 GaN器件与驱动IC集成
        1.2.3 保护电路
    1.3 本论文的结构安排
第二章 GaN的特性与驱动可靠性
    2.1 GaN的主要特性
    2.2 增强型与耗尽型GaN器件
    2.3 GaN驱动可靠性影响因素
    2.4 本章小结
第三章 可靠性增强系统设计
    3.1 高可靠性驱动系统
    3.2 实现原理与方案
        3.2.1 过温保护
        3.2.2 过流保护
        3.2.3 启动上电设计
        3.2.4 GaN器件栅源保护
        3.2.5 寄生参数优化
    3.3 本章小结
第四章 关键模块的设计与验证
    4.1 高PSRR带隙基准电路
        4.1.1 带隙基准原理
        4.1.2 高PSRR带隙基准的工作原理
        4.1.3 带隙基准电路仿真验证
    4.2 过温保护电路
        4.2.1 过温保护原理
        4.2.2 过温保护电路仿真验证
    4.3 过流保护电路
        4.3.1 OCP电路参数设计
        4.3.2 高速比较器
        4.3.3 过流保护电路仿真验证
    4.4 欠压锁定电路
        4.4.1 电源启动顺序
        4.4.2 UVLO电路
        4.4.3 UVLO电路仿真验证
    4.5 钳位设计
        4.5.1 GAN器件栅源钳位设计
        4.5.2 MOS驱动电路设计
        4.5.3 MOS驱动电路仿真验证
    4.6 异常重启计时电路
        4.6.1 时钟电路
        4.6.2 计时电路
        4.6.3 计时电路仿真验证
    4.7 高可靠性驱动系统整体仿真验证
        4.7.1 半桥驱动验证拓扑
        4.7.2 系统整体仿真验证
    4.8 本章小结
第五章 全文总结与展望
    5.1 总结
    5.2 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：3755000