高頻率高密度電力電子系統PCB的優化設計研究

陳之秀，劉洋 ，張涵舒，夏曄，王浩，劉鑫

（1.華中科技大學人工智能與自動化學院，湖北 武漢 430074；2.長江大學電子信息學院，湖北 荊州 434023）

寬禁帶功率半導體器件（wide band gap，WBG）具有更低的導通電阻、更高的開關速度、更高的工作溫度和在高壓下工作的能力，這些優勢可以使功率變換器具有更高的開關頻率和功率密度[1-2]。但是，WBG器件的高速開關性能也對功率回路和驅動回路的布局提出了獨特的挑戰，并且高頻開關不可避免地會帶來更高的di/dt和dv/dt，引起電壓和電流振蕩。不恰當的布局方式會降低開關速度、增加開關損耗。文獻[3]還研究分析了由自導通引起的誤觸發，并發現布線的寄生電感是功率器件自導通的主要影響因素。文獻[4]研究了開關器件寄生電容和布線路徑寄生電感之間的寄生諧振，并指出寄生諧振在快速開關時會引起過沖和振鈴。

為此，當前國內外針對WBG器件的研究熱點主要是新型驅動拓撲、器件寄生參數建模及其影響、高開關頻率和寄生參數導致的電磁干擾（electromagnetic interference，EMI）問題、功率密度提升等。文獻[5-6]通過最小化環路面積以及通過最小化開關和電容器之間的距離來減小寄生電感，但是，由于沒有考慮消除磁通量，因此寄生電感的減小受到限制。文獻[7]對比了三種印刷電路板（printed circuit board，PCB）布局方式對寄生電感的影響。文獻[8]以雙脈沖測試電路為基礎，提出氮化鎵高電子遷移率晶體管（GaN high electron mobility transistor，GaN HEMT）開關特性分析模型，文獻[9]研究了開關電源中印刷電路板寄生參數及功率器件瞬……