基于GaN器件Buck電路死區(qū)功耗分析與優(yōu)化

胡官昊，陳萬軍，施宜軍，周　琦，張　波

（電子科技大學微電子與固體電子學院，成都610054）

基于GaN器件Buck電路死區(qū)功耗分析與優(yōu)化

胡官昊，陳萬軍，施宜軍，周琦，張波

（電子科技大學微電子與固體電子學院，成都610054）

氮化鎵功率器件以其優(yōu)異的高速、高效特性而有望在電源轉換領域取得廣泛應用。在Buck開關電源應用中，系統(tǒng)采用GaN HEMT替換傳統(tǒng)Si功率器件后，系統(tǒng)死區(qū)損耗成為阻礙系統(tǒng)效率提升的一個重要因素。針對GaN器件的電源轉換系統(tǒng)死區(qū)功耗展開理論及仿真討論，詳細分析Si功率器件與GaN HEMT在buck型開關電源系統(tǒng)中不同的工作機制以及死區(qū)時間對系統(tǒng)功耗的影響。優(yōu)化結果表明，輸入電壓為12 V、輸出電壓為1.2 V、開關頻率為700 kHz的GaN基電源轉換系統(tǒng)，在死區(qū)時間Td1=20 ns、Td2=0 ns、負載電流為20 A的情況下系統(tǒng)轉換效率可達到92%。

死區(qū)時間；氮化鎵器件；同步buck型開關電源

引言

Buck型開關電源作為一種被廣泛應用于精密儀器、通訊系統(tǒng)中的降壓轉換器，不斷朝著更小型化、輕型化，更高轉換效率方向發(fā)展。在Si基功率器件因自身材料特性限制很難繼續(xù)推動這一發(fā)展的背景下，基于GaN材料的功率轉換技術被迅速發(fā)展起來［1］。然而，GaN器件因為不具有Si器件自身所寄生的體二極管，導致器件的反向導通機理也不同于Si器件。這一特性使得系統(tǒng)死區(qū)時間對GaN器件作用不同于Si器件，正確評估這一影響對于充分發(fā)揮GaN器件在功率轉換領域優(yōu)勢具有重要意義。

本文首先簡單介紹了buck型開關電源及開關電源中功率器件開關過程，通過理論分析，得出GaN HEMT相較于Si MOSFET在buck型開關電源系統(tǒng)應用中對系統(tǒng)死區(qū)時間改變更為敏感的結論；……