半导体GaN功率开关器件灵敏度测试技术

测试半导体GaN功率开关器件灵敏度对掌握器件性能具有重要意义,提出一种新的半导体GaN功率开关器件灵敏度测试技术。通过分析半导体GaN功率开关器件的导通电阻与击穿电压关系、空穴电流与栅极电流关系掌握功率开关器件击穿机理,在此基础上,测试半导体GaN功率开关器件灵敏度;根据灵敏度测试原理与微频通道衰减值周期检查原理,测量功率开关器件微频信号功率和微频通道衰减值,汇总微频通道衰减值和最后一次开关灵敏时的衰减值,得到半导体GaN功率开关器件灵敏度。实验结果表明：所提测试技术测量半导体GaN功率开关器件灵敏度过程中,平均测试误差为0.03 dB,仅平均花费9.42ms,是一种高效、可靠的半导体GaN功率开关器件灵敏度测试技术。     

GaN功率器件预驱动芯片设计与封装集成

氮化镓GaN(gallium nitride)功率器件因其出色的导通与开关特性,能够实现系统高频化与小型化,有效提升系统功率密度。但是,增强型GaN功率器件由于其栅极可靠性问题,使其在电源管理系统中无法直接替换传统硅基功率MOSFET器件。为此,提出一种预驱动芯片,通过片内集成LDO与电平移位结构,实现兼容12～15 V输入,并输出5 V信号对GaN功率器件的栅极进行有效与可靠控制,达到兼容传统硅基功率器件应用系统的要求。此外,通过多芯片合封技术,将预驱动芯片与GaN功率器件实现封装集成,降低了寄生电感,使其应用可靠性进一步提升。     

GaN功率开关器件驱动技术的研究与发展

以Si材料为基础的传统电力电子功率器件已逐步逼近其理论极限,难以满足电力电子技术高频化和高功率密度化的发展需求。与传统的Si器件相比,氮化镓(GaN)器件展现了其在导通电阻和栅极电荷上的优势,可使功率转换器实现更小体积、更高频率及更高效率,从而在汽车、通信、工业等领域中具有广阔的应用前景。然而,缺乏高速GaN栅极驱动是目前GaN功率转换器未能大力推广的主要原因之一。详细研究了增强型GaN功率器件驱动电路设计的各种问题,如效率、损耗、延迟时间、栅极振荡、自举电压上升、抗电压变化率干扰、死区时间、反向导通损耗及寄生效应等,并综述了针对上述问题的相应解决方法及优缺点,最后讨论了GaN栅极驱动的未来发展趋势。     

600 V耗尽型GaN功率器件栅极驱动方案设计

介绍了一种适用于600 V耗尽型氮化镓GaN(gallium nitride)器件的栅极驱动策略以及对应的驱动电路,并分析了采用耗尽型GaN功率器件的原因。驱动电路在功率管开启过程的2个阶段采用2种驱动强度的电流,在减小功率管开启过程中dv/dt的同时,保证功率管的开启速度。基于0.35μm BCD工艺对电路进行仿真验证,结果表明:在600 V输入电压的半桥驱动应用下,驱动电路在GaN功率器件阈值电压前提供700 mA驱动电流,达到阈值电压后提供190 mA稳定驱动电流,开关节点的dv/dt为150 V/ns,传输延迟加开启延迟为20 ns。     

脉冲电源的智能控制系统研究

针对大电流,低电压的脉冲电源的智能控制系统,利用I2C总线,使电压电流的显示实现智能化,并用单片机实现过电压、过电流保护,且解决了多只功率MOSFET的并联驱动问题。     

GaN高电子迁移率晶体管的研究进展

GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)是GaN微波功率器件的主要形式,是第3代半导体技术领域发展和竞争的焦点.针对GaN HEMT的目标特性和电流崩塌现象,从材料结构设计和器件设计两方面概括了十几年来GaN HEMT器件性能优化的研究方法,并给出了国内外GaN HEMT器件微波功率特性目前的研究进展水平.     

IPM智能功率模块

IPM（Intelligent Power Module），即智能功率模块，不仅把功率开关器件和驱动电路集成在一起。而且还内藏有过电压，过电流和过热等故障检测电路，并可将检测信号送到CPU。它由高速低功耗的管芯和优化的门极驱动电路以及快速保护电路构成。即使发生负载事故或使用不当，也可以保证IPM自身不受损坏。     

抑制GaN变换器振铃的高频驱动电路设计

针对氮化镓(GaN)功率器件在高频应用中因寄生参数带来的输出电压振铃问题,这里研究了驱动电路寄生参数和栅极驱动阻抗匹配影响GaN变换器振荡的机理。从驱动电路优化设计出发,提出了抑制开关器件电压振铃的解决办法。仿真和实验结果验证了所提方法的有效性。     

GaN功率开关器件的产业发展动态

氮化镓(GaN)功率电子器件具有优异的电学特性,在高速、高温和大功率领域具有十分广阔的应用前景,满足下一代功率管理系统对高效节能、小型化和智能化的需求。P型栅和Cascode结构的常关型GaN器件已逐步实现产业化,但鉴于这两种器件结构本身存在的缺点,常关型GaN MOSFET器件方案备受关注。目前,GaN功率开关器件主要朝高频化发展,封装形式从直插型(TO)封装向贴片式(QFN)封装演变,为进一步消除寄生效应对器件高速开关特性造成的不良影响,驱动和功率器件集成的GaN功率集成电路(IC)技术被采用,单片集成的全GaN功率IC是未来的发展方向。     

IGBT及其驱动模块EXB841在混合滤波器设计中的应用

介绍了混合滤波器设计中开关器件IGBT的特性,讨论了EXB841为核心的IGBT驱动电路的搭建。给出了过电压吸收和过电流保护的改进办法。实验证明此驱动设计稳定有效。     

基于氮化镓功率器件的过流保护电路研究

提出了一种适用于高频场合下氮化镓GaN(gallium nitride)功率器件的过流保护电路。该保护电路在高达几百千赫甚至兆赫的开关频率下,通过检测氮化镓功率器件的漏-源电压实现对过流故障的识别,在故障下可迅速关断GaN器件进行保护。仿真和实验结果证明,该过流保护电路具有响应迅速、结构简单和抗干扰性强的优点,可有效提高氮化镓器件应用的可靠性。     

昭东电站110 kV主变后备保护拒动原因分析

双圈变压器一般配置复合电压闭锁过电流保护。其复合电压闭锁元件的电压一般取自低压侧母线压变。当主变低压侧开关拉开,其所对应的低压母线由其他电源供电时,若主变及其低压侧发生故障,主变复压过流保护会因复压元件不开放而拒动。对双圈变压器后备保护拒动原因作了进一步的分析,同时就三圈变压器是否存在类似问题作了探讨,提出了多种解决方案及措施,初步形成了解决问题的建议,为解决主变后备保护拒动问题提供参考。     

A PWM controlled variable damping resistor for protecting the power capacitor/passive power filter

A protection device for the power capacitor/passive power filter has been proposed. This device includes a control circuit, a conventional switch, a PWM switch and a resistor. The PWM switch is connected in parallel with a resistor to form a variable damper, serially connected to the power capacitor/passive power filter, in order to avoid the resonant amplification phenomenon. A conventional switch is used to switch on/off the power capacitor/passive power filter to the power distribution system. The control circuit calculates the voltage and the current of the power capacitor/passive power filter and compared to their upper tolerance values. The compared results are adapted to determine the duty ratio of PWM switch and the operation of conventional switch in order to protect the power capacitor/passive power filter circuit from the damage of over-voltage/over-current. Besides, this protection device can also improve the inrush current problem of the power capacitor/passive power filter at the instant of turning on. The performance of the proposed protection device has been verified by computer simulation. The simulation results show that the proposed PWM controlled variable damping resistor has the expected performance.     

基于GaN器件的固态射频电源应用研究

随着电力电子技术的发展,射频电源由电子管电源发展成现在的晶体管射频电源。氮化镓GaN(gallium nitride)作为第三代宽禁带半导体材料的典型代表,具有宽禁带、高临界击穿场强、高电子饱和漂移速度以及高导通的AlGaN/GaN异质结二维电子气2DEG(two-dimensional electrons gas)等优点。GaN功率器件与硅(Si)功率器件相比,具有导通阻抗低,输入、输出电容小等特性,这些特性使得GaN功率器件高开关速度、低损耗。在E类功率射频电源的基础上,采用GaN功率器件设计制作了一款开关频率为4 MHz、功率可调的全固态射频电源实验样机。通过电路的设计和优化,样机的输出功率为21.4 W时,效率达到了96.7%;同时,采用专为射频电源生产的Si功率器件替换掉样机上的GaN器件,实验数据验证了GaN器件开关速度快、损耗低,可大幅度提高射频电源的效率。     

大功率镁合金微弧氧化电源中一种实用的IGBT过流保护方法

大功率微孤氧化电源是实现微孤氧化工艺的关键设备。针对IGBT驱动过流保护问题,提出了一种适用的IGBT过流保护方法,并详细的分析了大功率微弧氧化电源中产生的过流现象及其识别、IGBT过流保护的工作原理,并且进行了验证。     

Microwave AlGaN/GaN HFETs

This article presents the operating physics, performance potential, and status of device development of microwave AlGaN/GaN heterostructure field-effect transistors. AlGaN/GaN HFETs show potential for use in improved RF performance microwave amplifier applications. Development progress has been rapid, and prototype devices have demonstrated RF output power density as high as 30 W/mm. Microwave amplifier output power is rapidly approaching 100 W for single-chip operation, and these devices may soon find application for cellular base station transmitter applications. Devices are being developed for use in X-band radars, and RF performance is rapidly improving. The HFET devices experience several physical effects that can limit performance. These effects consist of nonlinearities introduced during the high-current and high-voltage portions of the RF cycle. High-current phenomena involve the operation of the conducting channel above the critical current density for initiation of space-charge effects. The source resistance is modulated in magnitude by the channel current, and high source resistance results. High voltage effects include reverse leakage of the gate electrode and subsequent charge trapping effects on the semiconductor surface, and RF breakdown in the conducting channel. These effects can produce premature saturation effects. Also, under certain conditions, high voltage operation of the device can initiate an IMPATT mode of operation. When this occurs, the channel current increases and RF gain is increased. This phenomenon enhances the RF output power of the device. The physical limiting effects can be controlled with proper design, and the outlook for use of these devices in practical applications is excellent.     

多分组电容器电流保护整定值自适应变化研究

基于多分组电容器投切后,电流速断保护和过电流保护的整定值不能随之作相应的改变的问题。首先对电流速断保护和过电流保护的动作原理和整定值的选取作了简要的说明,通过电容器的投入会引起母线电压的升高推导出电容器投切后整定值的选取。最后实现保护整定值的自适应变化。     

柔性直流输电系统桥臂过流保护定值配合方法

针对交流故障下柔性直流桥臂过流保护可能误动导致故障穿越失败,直流故障下桥臂过流保护拒动或慢动可能导致开关器件过流等问题,讨论了柔性直流换流阀桥臂过流保护功能在阀控和直流保护装置中的配置和定值配合关系。借鉴交流保护定值配合图的概念,提出了桥臂过流保护功能在阀控装置与直流保护装置中的优化配合方法。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了仿真平台,结果表明所述桥臂过流保护配合关系和定值设置方法可在交流故障下成功实现故障穿越,并可在直流极间短路等严重故障下可靠闭锁换流器并触发旁路晶闸管,降低电力电子器件的过流风险。     

直流母线串联辅助电路的谐振直流环节逆变器

为实现一种结构简单,控制方便,高效率,高功率密度的逆变器,提出了一种新型谐振直流环节软开关逆变器的拓扑结构。通过在传统硬开关逆变器的直流环节添加串联在直流母线上的辅助谐振单元,使直流母线电压周期性地归零,可以实现逆变桥主开关器件的零电压开关,而且辅助开关器件可以实现零电流开通和零电压关断。此外,辅助谐振单元只有一个辅助开关,硬件成本低。分析了电路的换流过程和设计规则,并建立起辅助谐振电路损耗的数学模型,讨论了谐振参数对辅助电路损耗的影响。制作了一个1 k W的实验样机,实验结果表明逆变器的主开关和辅助开关器件都实现了软开关,所以该软开关逆变器能有效地降低开关损耗和提高效率。