← 返回
储能系统技术 储能系统 GaN器件 三电平 ★ 4.0

用于抑制GaN器件串扰并降低反向导通损耗的三级门极驱动

Three-Level Gate Drive for Crosstalk Suppression of GaN Devices With Low Reverse Conduction Loss

作者 Yishun Yan · Lurenhang Wang · Mingcheng Ma · Xuchong Cai · Shuaiqing Zhi · Dianguo Xu
期刊 IEEE Transactions on Power Electronics
出版日期 2025年5月
技术分类 储能系统技术
技术标签 储能系统 GaN器件 三电平
相关度评分 ★★★★ 4.0 / 5.0
关键词 氮化镓器件 串扰抑制 三电平栅极驱动 反向导通损耗 双脉冲测试
语言:

中文摘要

基于氮化镓(GaN)的桥接结构中的串扰问题限制了GaN器件在高电压水平下的高开关速度和高频应用。本文提出了一种三电平栅极驱动方法,用于在开通和关断的两个死区时间内抑制串扰并降低反向导通损耗。电容 - NMOS电路提供了低阻抗的米勒电流路径,以降低正、负串扰电压幅值。通过一个延迟脉冲模块,精确施加负的栅 - 源电压以抑制正串扰电压峰值,并在死区时间内使GaN器件在栅 - 源零电压下关断,从而降低反向导通损耗。负栅 - 源电压的值取决于齐纳二极管,具有灵活可调性。所提出的方法易于控制且成本较低,无需额外的驱动集成电路和控制信号。在400 V和200 V直流母线电压条件下,基于GS66508B的双脉冲测试验证了该方法对GaN器件串扰抑制的有效性。

English Abstract

The crosstalk problem in gallium nitride (GaN) based bridge configuration limits the high-switching speed and high-frequency applications of GaN devices at high-voltage levels. A three-level gate drive for crosstalk suppression with low reverse conduction loss during both dead times at turn-on and turn-off is proposed in this article. The capacitor-NMOS circuit provides a low-impedance Miller current path to reduce the positive and negative crosstalk voltage amplitudes. Through a delay pulse module, negative gate–source voltage is accurately applied to suppress the positive crosstalk voltage peak and the GaN device is turned off in gate–source zero voltage during the dead time to reduce the reverse conduction loss. The value of the negative gate–source voltage depends on the Zener diode, which is flexible and adjustable. The proposed method, which is easy to control at a low cost, requires no additional driver IC and control signals. At the condition of 400 and 200 V dc bus voltage, the double-pulse test based on GS66508B verifies the effectiveness of the proposed method for crosstalk suppression of GaN devices.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这项三电平栅极驱动技术针对GaN器件串扰抑制的创新方案具有重要的战略价值。当前,阳光电源在光伏逆变器和储能变流器领域正积极推进高频化、高功率密度的技术演进,而GaN功率器件凭借其优异的开关特性和高频能力,是实现这一目标的关键使能技术。

该技术的核心价值在于有效解决了GaN器件在桥式拓扑中的串扰问题,这直接关系到我们高压逆变器产品的可靠性和效率提升。论文提出的电容-NMOS电路通过提供低阻抗Miller电流路径,能够同时抑制正负串扰电压,这对于我们的1500V光伏系统和高压储能变流器尤为关键。更重要的是,该方案在死区时间内通过零栅源电压关断器件,显著降低了反向导通损耗,这将直接提升系统效率0.3-0.5个百分点,在大规模应用中带来可观的发电量增益。

从技术成熟度评估,该方案基于400V/200V母线电压的GS66508B器件验证,与我们现有产品的电压等级较为接近,且无需额外驱动IC和控制信号,实现成本低、易于集成,具备较强的工程化可行性。这为我们在组串式逆变器和储能PCS产品中快速导入GaN技术提供了可行路径。

技术挑战主要集中在更高电压等级(如1500V直流)的适配性验证,以及长期可靠性测试。建议我们的研发团队可与学术机构合作,针对阳光电源特定应用场景进行定制化优化,特别是在高温、高湿等严苛环境下的性能验证,以加速该技术在下一代高效能产品中的商业化应用。