隨著GaN技術(shù)的不斷成熟,其應(yīng)用領(lǐng)域也逐漸從100V以下低壓、小功率系統(tǒng)拓展到400V以上的高壓、大功率、高功率密度系統(tǒng)。高壓GaN器件的物理特性優(yōu)勢使得其將成為取代傳統(tǒng)超結(jié)MOSFET的高壓電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)解決方案。然而,傳統(tǒng)高壓Si功率器件驅(qū)動電路無法充分匹配高壓GaN器件的性能優(yōu)勢,低壓GaN驅(qū)動電路及系統(tǒng)方案在高壓下也不適用。因此,設(shè)計(jì)高可靠性、高壓、高性能GaN驅(qū)動系統(tǒng)成為當(dāng)前高壓GaN技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。驅(qū)動電路的設(shè)計(jì)往往由功率器件的物理機(jī)理直接決定。本文對E-mode(Enhancement Mode,增強(qiáng)型)、D-mode(Depletion Mode,耗盡型)、Cascode(級聯(lián)型)三種高壓GaN器件的物理機(jī)理進(jìn)行了深入探究,并分析歸納了當(dāng)前學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界對三種器件的驅(qū)動策略和各自的優(yōu)勢及設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。綜合考慮器件FOM值、高dv/dt抗擾能力、柵極電壓范圍、Slew-rate調(diào)控性、器件可靠性等因素,選取耗盡型GaN作為功率器件,以直接?xùn)膨?qū)動的驅(qū)動策略對本文高壓驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。針對低壓GaN驅(qū)動系統(tǒng)在高壓應(yīng)用下的不足,本文首先對高壓GaN驅(qū)動系統(tǒng)提出優(yōu)化和改進(jìn)措施,深入分析了...

【文章頁數(shù)】：133 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 高壓GaN HEMT背景概述
    1.2 高壓GaN HEMT研究現(xiàn)狀及發(fā)展態(tài)勢
        1.2.1 傳統(tǒng)功率轉(zhuǎn)換拓?fù)涞膹?fù)用
        1.2.2 新型功率拓?fù)浼捌鋺?yīng)用
        1.2.3 AC-to-PoL電源系統(tǒng)架構(gòu)
        1.2.4 Adapter快速充電應(yīng)用
    1.3 本文結(jié)構(gòu)安排
第二章 高壓GaN HEMT特性及驅(qū)動策略
    2.1 橫向GaN HEMT功率開關(guān)器件
        2.1.1 耗盡型GaN HEMT
        2.1.2 增強(qiáng)型GaN HEMT
        2.1.3 Cascode GaN HEMT
    2.2 高壓GaN HEMT的驅(qū)動考慮
        2.2.1 非理想情況下的器件開關(guān)過程
        2.2.2 自整流反向?qū)ㄌ匦?br>        2.2.3 di/dt和 dv/dt效應(yīng)
        2.2.4 高壓器件的漂移現(xiàn)象
    2.3 高壓GaN HEMT驅(qū)動策略
        2.3.1 E-mode GaN驅(qū)動策略
        2.3.2 Cascode驅(qū)動策略
        2.3.3 D-mode GaN驅(qū)動策略
        2.3.4 三種高壓驅(qū)動策略對比
    2.4 本章小結(jié)
第三章 高可靠性高壓GaN驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計(jì)
    3.1 單通道600V功率級集成式驅(qū)動芯片設(shè)計(jì)
        3.1.1 芯片架構(gòu)設(shè)計(jì)考慮
        3.1.2 芯片工作原理
    3.2 高壓GaN驅(qū)動的系統(tǒng)級設(shè)計(jì)
        3.2.1 低壓GaN驅(qū)動方案在高壓系統(tǒng)中存在的問題
        3.2.2 隔離驅(qū)動技術(shù)
        3.2.3 高壓半橋隔離驅(qū)動系統(tǒng)架構(gòu)
    3.3 GaN電源轉(zhuǎn)換器的散熱設(shè)計(jì)
    3.4 本章小結(jié)
第四章 耗盡型GaN Negative Directly Gate-drive技術(shù)
    4.1 Negative Directly Gate-drive技術(shù)
    4.2 片內(nèi)供電電源LDO設(shè)計(jì)
        4.2.1 LDO架構(gòu)設(shè)計(jì)
        4.2.2 EA環(huán)路原理及小信號分析
        4.2.3 電流限環(huán)路的設(shè)計(jì)及工作原理
    4.3 Inverting Buck-Boost負(fù)電源軌設(shè)計(jì)
        4.3.1 負(fù)電源電壓值的設(shè)計(jì)考慮
        4.3.2 負(fù)電源帶載分析
        4.3.3 Inverting Buck-Boost系統(tǒng)架構(gòu)及控制策略設(shè)計(jì)
        4.3.4 驅(qū)動級與功率級設(shè)計(jì)
        4.3.5 整仿驗(yàn)證
    4.4 耗盡型GaN Adjustable Drive-slope Control技術(shù)
        4.4.1 D-mode GaN分段驅(qū)動策略
        4.4.2 Adjustable Drive-slope Control系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)
        4.4.3 分段驅(qū)動電路設(shè)計(jì)
        4.4.4 驅(qū)動芯片Slew-rate Control設(shè)計(jì)
        4.4.5 整仿驗(yàn)證
    4.5 Enable Si MOSFET及驅(qū)動設(shè)計(jì)
        4.5.1 級聯(lián)器件的開關(guān)分析
        4.5.2 MOS Driver設(shè)計(jì)
    4.6 本章小結(jié)
第五章 高可靠性高壓GaN驅(qū)動系統(tǒng)整仿驗(yàn)證
    5.1 雙脈沖測試方案驗(yàn)證
        5.1.1 仿真環(huán)境及指標(biāo)定義
        5.1.2 仿真結(jié)果
    5.2 半橋驅(qū)動方案驗(yàn)證
    5.3 本章小結(jié)
第六章 全文總結(jié)與展望
致謝
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間取得的成果



本文編號：4043607