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GaN HEMT半桥故障瞬态的解析建模及其基于PCB嵌入式Rogowski线圈的过流保护
Analytical Modeling of Fault Transient in a GaN HEMT Half Bridge and Its Overcurrent Protection With PCB Embedded Rogowski Coils
P. T. Nandh Kishore · Sumit Kumar Pramanick · Soumya Shubhra Nag · IEEE Transactions on Industry Applications · 2024年10月
氮化镓高电子迁移率晶体管（GaN HEMT）的短路耐受时间（SCWT）较短，这对其可靠性提出了挑战，尤其在电动汽车充电器等中高功率应用中。本文基于电路中的状态变量和数据手册参数，对包含寄生元件的氮化镓高电子迁移率晶体管半桥结构中的短路故障瞬态进行建模。较高母线电压下的故障会导致瞬时功率损耗增加，进而使结温升高。这会导致器件的短路耐受时间缩短。该模型还用于估算不同直流母线电压下的故障清除时间。本文提出了一种用于氮化镓高电子迁移率晶体管的超快过流保护方案。该保护方案采用基于非侵入式印刷电路板嵌入式罗...
解读: 该研究对阳光电源的GaN器件应用具有重要参考价值。文中提出的PCB嵌入式Rogowski线圈过流保护方案可直接应用于ST系列储能变流器和SG系列光伏逆变器的GaN功率模块设计中,有助于提升产品可靠性。特别是在1500V高压系统中,纳秒级故障检测能力可有效防止GaN器件损坏。该技术也可优化车载OBC充...
衬底偏压对欧姆p型栅GaN高电子迁移率晶体管非钳位感性开关能力的影响
Effect of Substrate Bias in Ohmic p-Gate GaN-HEMTs on Unclamped Inductive Switching Capability
Wataru Saito · Shin-Ichi NIshizawa · IEEE Transactions on Electron Devices · 2025年8月
本文测量了欧姆 p 栅氮化镓（GaN）-高电子迁移率晶体管（HEMT）在不同衬底偏置条件下的非钳位电感开关（UIS）能力。GaN-HEMT 的一个关键缺点是其 UIS 能力极低，因为没有用于消除碰撞电离产生的空穴的结构。因此，过电压应力导致的失效位置在很大程度上取决于碰撞电离产生的空穴的电流路径。本文报道，通过调制空穴电流路径，浮动或正偏置衬底条件可以提高欧姆 p 栅 GaN-HEMT 的 UIS 能力。此外，在浮动衬底条件下增加栅极电阻会减缓电压变化率（dV/dt），导致在半导通状态下消耗更多...
解读: 从阳光电源光伏逆变器和储能系统的核心应用场景来看，这项关于欧姆p栅GaN-HEMT器件非钳位感性开关能力的研究具有重要的技术参考价值。GaN功率器件凭借其高开关频率、低导通损耗等优势，正逐步成为我司下一代高效率逆变器和储能变流器的关键技术路线，但其固有的低UIS能力一直是制约大规模应用的瓶颈。 该...
重离子辐照导致的p型氮化镓栅极HEMTs漏电流增加机制
Mechanism of Heavy Ion-Induced Leakage Current Increase in Normally-OFF p-GaN Gate HEMTs
Chao Peng · Zhifeng Lei · Teng Ma · Hong Zhang 等6人 · IEEE Transactions on Electron Devices · 2025年8月
本文报道了 650 V p 型氮化镓（GaN）栅高电子迁移率晶体管（HEMT）在重离子辐照下漏电流增大的现象。重离子导致 GaN HEMT 漏电流增大的退化情况与重离子的线性能量转移（LET）值和偏置电压有关。仅在 LET 值为 60.5 MeV·cm²/mg 的钽（Ta）离子辐照下观察到漏电流增大，而在 LET 值为 20.0 MeV·cm²/mg 的氪（Kr）离子辐照下未观察到该现象。此外，较高的偏置电压会导致漏电流增大的退化现象更为明显。当器件偏置电压为 100 V 时，漏极和源极之间存在...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项关于p-GaN栅极HEMT器件重离子辐照效应的研究具有重要的可靠性参考价值。GaN功率器件凭借其高频、高效、高功率密度等优势，正逐步成为光伏逆变器和储能变流器的核心功率开关器件。然而，该研究揭示的重离子辐照导致的漏电流退化机制，对我们在特殊应用场景下的产品设计提出了新的...
考虑速度饱和效应的基于物理的非线性电容模型
Physics-Based Nonlinear Capacitance Model Considering Velocity Saturation Effect
Shuman Mao · Xiang Su · Ruimin Xu · Bo Yan 等6人 · IEEE Transactions on Electron Devices · 2025年6月
准确建模非线性电容对于基于物理的氮化镓高电子迁移率晶体管（HEMT）紧凑模型至关重要。对于传统方法而言，由于缺乏有效的边界电势模型，在非线性电容模型中往往难以实现电子速度饱和效应（VSE）的物理建模。本文基于准物理区域划分（QPZD）模型理论，提出了一种改进的电容建模方法，该方法将漂移 - 扩散区域内的速度饱和效应纳入其中。首先，推导了一个由速度饱和效应引起的沟道饱和区的偏置相关等效长度模型。然后将该模型集成到边界电势计算中，以充分考虑速度饱和效应。接着，通过在有效栅长模型和积分边界中全面考虑速...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项针对GaN HEMT器件非线性电容建模的研究具有重要的战略意义。氮化镓（GaN）功率器件凭借其高开关频率、低导通电阻和优异的热性能，正成为光伏逆变器和储能变流器等核心产品的关键技术方向。 该研究提出的基于速度饱和效应（VSE）的物理建模方法，通过准物理区域划分（QPZ...
基于正向衬底偏压的氮化镓高电子迁移率晶体管中的载流子输运特性
Charge Transport in GaN High Electron Mobility Transistor With Positive Substrate Bias
Peng Huang · Matthew D. Smith · Michael J. Uren · Zequan Chen 等6人 · IEEE Transactions on Electron Devices · 2025年6月
采用高达 +600 V 的正衬底偏压，对额定电压为 650 V 的氮化镓（GaN）高电子迁移率晶体管（HEMT）中的电荷输运进行了研究。正衬底偏压导致沟道电流减小，这归因于缓冲层中存储了负电荷，使得二维电子气（2DEG）沟道密度降低了超过 50%。通过在衬底偏压应力后测量恢复瞬态，研究了累积电荷的动力学特性，当衬底应力偏压 > +200 V 时，恢复时间超过 1000 秒。在正衬底偏压应力之后，立即施加短时间的负衬底偏压，可显著缩短恢复时间。本文给出了全面的解释，这需要详细了解外延层叠结构中各层...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项关于GaN HEMT器件在正衬底偏压下电荷传输特性的研究具有重要的工程应用价值。GaN功率器件凭借其高开关频率、低导通损耗和高功率密度特性，已成为我司光伏逆变器和储能变流器产品实现高效率、小型化的关键技术路径。 该研究揭示的正衬底偏压导致沟道电流下降、二维电子气密度降...