用于36 V、500 W GaN功率放大器的电源调制器

随着GaN功率放大器的发展,其工作电压和输出功率越来越大,对电源调制器的要求也越来越高.介绍了一种用于36 V、500 W GaN功率放大器的电源调制器模块.该模块基于自主研发的芯片组合设计而成,使用了一款50 V调制驱动器作为核心控制芯片,一款60V高压PMOSFET作为调制开关,一款固定输出电压的线性稳压器,一款负压线性稳压器为功率放大器提供栅极偏置电压.经实验验证,该模块电路可以为36 V、500 W的GaN功率放大器提供稳定可靠的漏极控制电压及栅极偏置电压.此外,栅、漏电压上电时序受控,输出信号的上升、下降时间分别为16.3 ns和79.4 ns,能够很好地满足应用要求.     

GaN功率器件栅驱动电路技术综述

第三代宽禁带半导体GaN晶体管具有低导通阻抗、低寄生参数和更快的开关速度,有望取代传统Si MOSFET,成为未来高性能电源系统实现方案。GaN器件的优势在400 V以上高压系统中更为明显,可以实现更高的开关频率和功率密度,显著提高系统的转换效率,特别适合电源模块小型化发展趋势。介绍了200 V以下低压GaN驱动电路的应用和关键技术。分析了从低压系统拓展到400 V以上高压系统时需要作出的优化与改进。详细介绍了高压GaN系统中基于无磁芯变压器耦合隔离的隔离驱动技术和耗尽型GaN负压栅驱动技术。最后,总结了目前高压GaN驱动电路在工业领域的具体应用。     

一种GaN半桥驱动器电平移位电路设计

GaN半桥输出点电压在死区时间为负值,给GaN功率器件栅极驱动电路信号通信带来了挑战。通过研究驱动器电平移位锁存电路工作状态与半桥功率级输出节点电压跳变、死区时间负压之间的相互影响,设计了一种新型的零静态功耗电平移位电路及其误触发消除电路。电路采用100 V BCD 0.18μm工艺设计,在输入电压100 V、开关频率5 MHz的GaN半桥变换器中对版图进行了后仿真。仿真结果表明,当半桥功率级输出节点分别为-3 V和100 V时,延时为4.5 ns和1.5 ns。     

栅极电阻对GaN MOSFET瞬态特性的影响研究

为了研究栅极电阻对GaN MOSFET的开关速率和输出特性中出现振荡的影响,首先利用MOSFET的基本公式对其导通和关断时的输出瞬态电流进行了理论推导,然后通过实验平台测试GaN MOSFET的瞬态电流值,且与理论值对比,验证栅极电阻带来的影响。实验结果表明,GaN MOSFET的瞬态电流值实验值与理论值基本吻合,在导通和关断时,GaN MOSFET的输出瞬态电流和输出电流的高频震荡均随栅极电阻的增加而减小。栅极电阻从10 Ω变化到100 Ω时,导通时开关速率上升率占总开关速率上升率的84.7%,关断时开关速率下降率占总开关速率下降率的54.06%。在栅极电阻为10~100 Ω范围内,GaN MOSFET具有较快的开关速度。     

用于功率放大器的随温度可调负压偏置电路

设计了一种应用于GaN功率放大器栅极调制的随温度可调负压偏置电路。电路由电压基准模块、温度传感器模块、比较器阵列以及误差放大器及其对应的功率管与反馈电阻等组成,通过基准电压与温度传感器输出电压的比较,输出数字控制信号到反馈电阻中的可变电阻模块,改变可变电阻阻值进而改变电路输出电压,实现芯片电压随温度可调。电路结构简单、易于实现、应用方便,同时电路中引入了修调电阻结构,极大提高了基准输出精度。电路芯片面积为1.10 mm×0.64 mm,采用0.5μm CMOS工艺进行了流片并完成了后期测试验证。结果表明,芯片可实现输出电压的随温度可调,有效解决了GaN功率放大器在相同的栅极偏置电压下输出功率随温度升高而减小的问题。     

高增益S波段小型化200 W功率模块研制技术

采用多级射频放大电路以及高压脉冲调制技术,实现了S波段高增益小型化200 W功率模块的研制。驱动放大电路采用GaAs功率单片进行功率合成;末级放大电路依托栅长(0.5 μm) GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)芯片,选取多子胞结构来改善热分布,通过内匹配技术设计完成了双胞总栅宽24 mm GaN芯片的匹配网络,并设计高压脉冲调制电路提供电源,成功研制出了小型化的S波段200 W内匹配GaN功率模块。测试得出该模块实现了在输入功率10 dBm,栅极电压-5 V,漏极电压32 V,TTL调制信号输入条件下,输出频率在3.1~3.5 GHz处,输出功率大于200 W,功率附加效率(PAE)大于55%。模块实际尺寸为2.4 mm×38 mm×5.5 mm。     

GaN 功率器件调制电路在T/R组件中的设计与应用

介绍了一种GaN 功率器件调制电路的设计方法。该调制电路广泛用于T/ R 组件发射链路的大功率 GaN 功放,具有高电压工作、大电流供给以及尖峰电压抑制等功能。文中重点论述了调制电路的原理,指出尖峰电 压抑制功能是实现该调制电路的难点。经仿真分析实现了延时在500 ns 以内、负压检测电平在-4. 2~ -3. 8 V 的关 键指标。最后选用聚四氟乙烯印制板设计出GaN 功率器件调制电路实物,在T/ R 组件中进行了应用验证,测试结果 与仿真结论相符。该调制电路体积小、可靠性高,可用于高功率GaN 功放的设计,具有广阔的工程应用前景。     

一种CMOS功率开关反向电压保护电路

接口电路通常采用CMOS功率开关作为输出缓冲电路,在实际应用中经常受到反向电压的冲击,因此,必须设计相应的反向电压保护电路,以保证CMOS功率开关的安全.提出了一种新型的反向电压保护电路,能够在反向电压冲击CMOS功率开关时提供合理的衬底电压和栅极电压,抑制反向电流,保障器件安全.该电路简洁有效,不影响电路的输出驱动能力和瞬态响应特性.采用0.6 μm CMOS工艺,制作了一个包含保护电路的接口电路,测试结果表明,该保护电路能够在+12 V反向电压下为功率开关提供良好保护.     

GaN基HEMT器件结构设计及其性能仿真北大核心

利用Silvaco TCAD器件模拟软件研究了AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)器件势垒层的厚度、沟道宽长比和掺杂浓度对器件的转移特性和跨导曲线的影响。结果表明,器件势垒层厚度的变化可以调节器件的电流开关比和开启电压,实现由耗尽型器件向增强型器件的转变;沟道宽长比的改变可以调节器件的开启电压,并且随着沟道宽长比的增加,栅极电压控制量子阱中二维电子气的能力增强;势垒层适量掺杂提高了输出电流,并且使跨导的峰值增大,但过度掺杂会造成器件不易关断情况出现。     

并联双晶体高速削波快脉冲源的设计

设计了一种并联双晶体高速快脉冲源,用于激光物理实验中预脉冲的高速削波。该削波脉冲源采用升压工作模式,由光电转换模块、高压电源模块、开关器件及电路等部分组成。光电转换模块将光信号转变为开关通断信号,用于控制高压脉冲输出;集成的高压电源模块和开关器件简化了电路设计,增加了该电源的可靠性;设计合理的开关电路和元件参数,保证稳定输出符合要求的高压脉冲波形。该快脉冲源的输出脉冲幅度大于4 000 V,下降沿小于10 ns,时间抖动小于1 ns,已成功用于激光物理实验预脉冲的削波。