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基于高频GaN HEMT的DC-DC变换器设计
Design of High-Frequency GaN HEMT-Based DC–DC Converter
Liron Cohen · Joseph Baruch Bernstein · Ilan Aharon · IEEE Transactions on Power Electronics · 2026年4月
本文探讨了传统硅基功率器件在高频开关应用中的寄生参数限制，提出了一种基于氮化镓（GaN）器件的全功率级DC-DC变换器设计，旨在突破频率限制，实现更高功率密度和效率的电力电子转换。
解读: GaN作为第三代半导体，在高频化、小型化方面具有显著优势。对于阳光电源而言，该技术可直接赋能户用光伏逆变器及电动汽车充电桩产品线，通过提升开关频率显著减小磁性元件体积，从而提升整机功率密度。在PowerStack等储能系统中的辅助电源或小功率DC-DC模块中，引入GaN技术有助于进一步优化系统能效。...
一种紧凑型高可靠性氮化镓HEMT使能的可切换带通滤波器
A Compact and Robust GaN HEMT-Enabled Switchable Bandpass Filter for Integrated RF Systems
作者未知 · IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology · 2025年6月
本文提出了一种高度小型化的基于氮化镓高电子迁移率晶体管（GaN HEMT）的X波段可切换带通滤波器。该滤波器采用碳化硅基氮化镓（GaN-on-SiC）单片微波集成电路（MMIC）技术，在保持高性能和高集成能力的同时实现了小型化。提出了一种采用耦合线结构的带通滤波器拓扑，以实现低插入损耗（IL）和高功率处理能力。基于HEMT的开关单元可通过直流（DC）偏置调整来调节传输零点（TZ），并实现导通和关断状态之间的切换。所提出的可切换滤波器已完成制作和测试，其芯片尺寸小（0.6毫米×0.855毫米），3...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项基于GaN HEMT的可开关带通滤波器技术虽然主要面向射频通信领域，但其核心技术路径与我们在功率电子领域的发展方向存在显著的技术协同性。 首先，该技术采用的GaN-on-SiC MMIC工艺与阳光电源在高功率密度逆变器中推进的GaN功率器件应用具有材料体系的相通性。G...
一种具有增强功率和线性性能的AlN/Al_x_Ga1-_x_N/GaN梯度沟道HEMT
An AlN/Al_x_Ga1-_x_N/GaN graded channel HEMT with enhanced power and linearity performance
Xiang Du · Can Gong · Yue Hao · Applied Physics Letters · 2025年2月 · Vol.126
本文报道了一种基于AlN/Al_x_Ga1-_x_N/GaN梯度沟道结构的高电子迁移率晶体管（HEMT），旨在提升器件的功率与线性性能。通过在沟道层引入Al组分渐变的Al_x_Ga1-_x_N缓冲结构，并结合超薄AlN插入层，有效调控了二维电子气分布，增强了载流子输运特性，同时降低了短沟道效应。实验结果表明，该器件在保持高开关比的同时，显著提高了击穿电压、最大电流密度及跨导峰值。此外，线性跨导和栅极电容特性的改善有效提升了器件的线性度与高频稳定性。该梯度沟道设计为高性能射频与功率放大器应用提供了...
解读: 该梯度沟道GaN HEMT技术对阳光电源的功率变换产品具有重要应用价值。通过AlN/AlGaN梯度结构提升的击穿电压和电流密度特性,可显著提高SG系列逆变器和ST系列储能变流器的功率密度。改善的线性度和高频特性有助于优化车载OBC和充电桩的EMI性能。该器件在高压大功率应用场景下的优异开关特性,可支...
氮化镓基同步升压变换器的死区效应及最优死区选择分析模型
Deadtime Effect on GaN-Based Synchronous Boost Converter and Analytical Model for Optimal Deadtime Selection
Di Han · Bulent Sarlioglu · IEEE Transactions on Power Electronics · 2016年1月
氮化镓（GaN）功率器件凭借低损耗和高开关速度优于传统硅器件。然而，在高频运行下，若死区时间设置不当，会产生显著的死区损耗。本文提出了一种针对GaN HEMT变换器的死区效应分析模型，旨在通过优化死区时间提升变换器效率。
解读: 随着阳光电源在户用光伏逆变器及小型储能PCS中对高功率密度和高频化需求的提升，GaN器件的应用成为技术演进的重要方向。本文提出的死区优化模型对于提升高频DC-DC变换级的效率至关重要，有助于降低散热设计难度，减小磁性元件体积。建议研发团队在开发下一代高频紧凑型户用储能系统及微型逆变器时，引入该分析模...
一种基于去饱和检测的GaN HEMT超快响应保护电路
A Simple Desaturation-Based Protection Circuit for GaN HEMT With Ultrafast Response
Ruoyu Hou · Juncheng Lu · Zhongyi Quan · Yun Wei Li · IEEE Transactions on Power Electronics · 2021年6月
针对GaN增强型高电子迁移率晶体管（GaN E-HEMT）在实际应用中面临的短路保护（SCP）挑战，本文提出了一种基于去饱和检测的超快响应保护电路。由于GaN器件开关速度极快，传统保护方法响应滞后，该研究通过优化检测机制，有效解决了GaN器件在高频应用中的短路保护难题，提升了系统可靠性。
解读: 随着阳光电源在户用光伏逆变器及小型化充电桩产品中对高功率密度要求的提升，GaN器件的应用前景广阔。该文提出的超快响应保护电路能有效解决GaN器件在极端工况下的可靠性瓶颈，对提升阳光电源下一代高频化、小型化逆变器及充电桩产品的安全性具有重要参考价值。建议研发团队关注该去饱和检测技术在驱动电路集成化设计...
兆赫兹高频开关下p-Gate GaN HEMT的过压鲁棒性研究
Overvoltage Robustness of p-Gate GaN HEMTs in High Frequency Switching up to Megahertz
Ruizhe Zhang · Qihao Song · Qiang Li · Yuhao Zhang · IEEE Transactions on Power Electronics · 2023年5月
本文研究了无雪崩能力的GaN HEMT功率器件在连续高频过压开关下的鲁棒性。通过开发基于有源钳位电路的零电压开关转换器测试平台，实现了千伏级过压和兆赫兹频率下的稳定开关测试，揭示了GaN器件在极端工况下的失效边界与可靠性机理。
解读: GaN作为第三代半导体，在提升阳光电源组串式逆变器及户用储能系统功率密度方面具有巨大潜力。该研究针对GaN器件在高频过压下的失效机理分析，为公司在开发下一代高频、高效率功率模块时，优化驱动电路设计、改进有源钳位保护策略提供了关键理论支撑。建议研发团队关注该测试方法，以提升公司在极端工况下对宽禁带半导...
共源共栅GaN HEMT在非钳位感性开关下的鲁棒性
Robustness of Cascode GaN HEMTs in Unclamped Inductive Switching
Qihao Song · Ruizhe Zhang · Joseph Kozak · Jingcun Liu 等6人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2022年4月
浪涌能量鲁棒性对汽车动力总成和电网等应用至关重要。与Si和SiC MOSFET不同，GaN HEMT缺乏雪崩能力，主要依靠过压能力承受浪涌能量。本文对共源共栅GaN HEMT在非钳位感性开关（UIS）条件下的浪涌能量鲁棒性进行了全面研究。
解读: 随着阳光电源在户用光伏逆变器及电动汽车充电桩领域对高功率密度和高效率的需求日益增长，GaN器件的应用潜力巨大。本文针对GaN HEMT在UIS条件下的鲁棒性研究，为阳光电源在设计高频、紧凑型功率变换模块时提供了关键的可靠性评估依据。建议研发团队在引入GaN器件时，重点关注其过压耐受特性，并优化驱动电...
基于高质量超薄缓冲层的高射频性能增强型GaN-on-Si HEMT器件，输出功率达5.32 W/mm
High RF Performance E-Mode GaN-on-Si HEMTs With Pₒᵤₜ of 5.32 W/mm Using High-Quality Ultrathin Buffer
Jiale Du · Bin Hou · Ling Yang · Yachao Zhang 等6人 · IEEE Electron Device Letters · 2025年3月
在本文中，我们报道了一种在高质量超薄缓冲层上制备的高性能增强型氮化镓（GaN）高电子迁移率晶体管（HEMT），该超薄缓冲层是通过在高电阻率（HR）硅衬底上采用两步渐变（TSG）过渡结构实现的。由于TSG过渡结构能够使位错迅速湮灭，该超薄缓冲层的总位错密度（TDD）低至 ${1}.{7}\times {10} ^{{9}}$ cm $^{-{2}}$ ，这有助于改善电流和射频功率性能。因此，在该结构上制备的增强型GaN HEMT的最大漏极电流达到620 mA/mm，阈值电压（ ${V}_{\tex...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项基于硅基衬底的增强型GaN HEMT技术具有重要的战略价值。该技术通过创新的两步梯度过渡结构实现了超薄缓冲层的高质量外延生长，将位错密度降低至1.7×10⁹ cm⁻²，这为功率器件性能的突破奠定了基础。 在光伏逆变器和储能变流器领域，该技术展现的5.32 W/mm输出...
P-Gate GaN HEMT的浪涌能量与过压耐受性
Surge-Energy and Overvoltage Ruggedness of P-Gate GaN HEMTs
Ruizhe Zhang · Joseph P. Kozak · Ming Xiao · Jingcun Liu 等5人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2020年12月
功率器件安全承受浪涌能量的能力是其核心可靠性指标。本文深入探讨了缺乏雪崩能力的GaN HEMT在浪涌能量下的物理过程，揭示了P-Gate GaN HEMT的失效机制，为提升宽禁带器件在严苛工况下的应用可靠性提供了理论支撑。
解读: 随着阳光电源在户用光伏逆变器及小型化储能产品中对高功率密度要求的提升，GaN器件的应用前景广阔。本文研究的P-Gate GaN HEMT浪涌耐受性直接关系到逆变器在电网电压波动或雷击浪涌下的生存能力。建议研发团队参考该失效机制，在产品设计中优化驱动电路与保护策略，以应对GaN器件在极端工况下的脆弱性...
功率变换器中eGaN HEMT的开关瞬态建模
Switching Transition Modeling of eGaN HEMT in Power Converters
Guidong Zhang · Yuanhang He · Samson Shenglong Yu · Yun Zhang 等5人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2023年4月
驱动电阻的选择对功率变换器设计至关重要，不当的电阻值会导致效率降低及过压、误导通等异常行为。本文提出了一种针对DC-DC变换器中开关管的精确开关瞬态建模方法，旨在指导工程师进行驱动电路设计，优化开关性能。
解读: 随着阳光电源在户用光伏逆变器及小型化储能产品中对功率密度要求的不断提升，宽禁带半导体（GaN）的应用成为技术演进的关键。该文献提出的开关瞬态建模方法，能够有效解决GaN器件在高频开关下的电压尖峰与误导通问题，对优化阳光电源户用逆变器及微型逆变器的驱动电路设计具有直接指导意义。建议研发团队在下一代高频...
用于评估GaN开关热应力和关断电压应力的动态导通电阻
RON）表征技术
Tommaso Cappello · Alberto Santarelli · Corrado Florian · IEEE Transactions on Power Electronics · 2018年4月
GaN功率开关凭借高功率密度、低寄生参数和优异的热处理能力，在高效紧凑型DC/DC变换器中应用广泛。尽管GaN HEMT器件具有出色的沟道导电性，但其动态导通电阻（RON）在工作过程中会发生退化。本文提出了一种动态RON表征技术，旨在评估GaN器件在热应力和关断电压应力下的性能表现，为提升电力电子系统的可靠性提供理论支撑。
解读: GaN作为宽禁带半导体，是实现阳光电源产品高功率密度化的关键。该技术对于优化户用光伏逆变器及小型化充电桩中的DC/DC变换级设计具有重要参考价值。动态RON的精确表征能有效指导高频开关下的热管理设计，提升PowerStack等储能系统及充电桩功率模块的长期可靠性。建议研发团队关注该表征方法，将其引入...
基于异质衬底的AlN/GaN/AlN高电子迁移率晶体管的热特性表征与设计
Thermal Characterization and Design of AlN/GaN/AlN HEMTs on Foreign Substrates
作者未知 · IEEE Electron Device Letters · 2025年3月
与传统的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管（HEMT）相比，AlN/GaN/AlN高电子迁移率晶体管具有更强的载流子限制能力和更高的击穿电压。在本研究中，采用拉曼测温法对6H - SiC衬底上的单指AlN/GaN/AlN HEMT的自热行为进行了表征。建立了一个三维有限元分析模型，以优化该器件结构的热设计。仿真结果表明，为使6H - SiC和金刚石衬底上的AlN/GaN/AlN HEMT的沟道温升最小化，最佳缓冲层厚度分别约为2μm和0.7μm。此外，集成金刚石衬底可进一步提升热性能，与6H ...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项AlN/GaN/AlN HEMT技术研究对我们的核心产品具有重要战略意义。作为功率半导体器件的前沿技术，该研究通过优化热设计显著提升了器件的散热性能和可靠性，这直接关系到光伏逆变器和储能变流器等产品的功率密度和转换效率提升。 该技术的核心价值体现在三个方面：首先，Al...
一种具有低寄生参数的紧凑型双面散热650V/30A GaN功率模块
A Compact Double-Sided Cooling 650V/30A GaN Power Module With Low Parasitic Parameters
Bingyang Li · Xu Yang · Kangping Wang · Hongkeng Zhu 等6人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2022年1月
针对GaN HEMT在高压集成中的特殊需求，本文提出了一种无键合线的创新集成方案。基于该方案，设计并实现了一种紧凑型双面散热650V/30A GaN功率模块，有效降低了寄生参数，提升了高频功率变换的性能。
解读: 该技术对阳光电源的户用光伏逆变器及小型化储能系统（如PowerStack）具有重要参考价值。GaN器件凭借高开关频率和低损耗特性，是实现逆变器高功率密度化的关键。该模块采用的无键合线双面散热技术，能显著改善散热路径并降低寄生电感，有助于解决高频化带来的EMI和电压尖峰问题。建议研发团队关注该集成方案...
GaN HEMT动态导通电阻及动态应力对电场分布影响综述
A Review of GaN HEMT Dynamic ON-Resistance and Dynamic Stress Effects on Field Distribution
Lee Gill · Sandeepan DasGupta · Jason C. Neely · Robert J. Kaplar 等5人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2024年1月
氮化镓（GaN）作为宽禁带半导体材料，在提升电力电子设备效率、功率密度及减重方面具有显著优势。本文综述了GaN HEMT器件的动态导通电阻效应及动态应力对电场分布的影响，探讨了其物理机制及可靠性挑战，为高性能功率变换器的设计提供理论支撑。
解读: GaN器件是实现下一代高功率密度光伏逆变器和微型逆变器的关键技术。针对阳光电源的户用光伏逆变器及电动汽车充电桩产品线，GaN的应用能显著降低开关损耗，缩小磁性元件体积。然而，动态导通电阻（Dynamic Ron）和电场应力导致的可靠性问题是工程化应用的核心瓶颈。建议研发团队重点关注GaN器件的动态特...
最小化氮化镓功率HEMT的输出电容损耗
Minimizing Output Capacitance Loss in GaN Power HEMT
Qihao Song · Adam Briga · Valery Veprinsky · Roman Volkov 等6人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2024年8月
输出电容（COSS）损耗（EDISS）源于功率器件在充放电循环中的非理想特性。尽管理想状态下该过程应无损耗，但研究表明，对于高频软开关应用中的宽禁带半导体器件，该损耗已成为关键的效率瓶颈。本文探讨了其物理起源及降低该损耗的优化策略。
解读: 随着阳光电源在户用光伏逆变器及小型化储能产品中对高功率密度和高效率的追求，GaN器件的应用已成为技术迭代的关键。该研究针对GaN器件在高频软开关下的COSS损耗优化，直接关系到逆变器在轻载及高频工作模式下的转换效率提升。建议研发团队在下一代高频组串式逆变器及微型逆变器设计中，引入该损耗模型进行电路参...
基于双栅器件技术的p-GaN功率HEMT单片集成双向栅极ESD保护方案
Monolithically Integrated Bidirectional Gate ESD Protection Scheme of p-GaN Power HEMT by Dual-Gate Device Technology
Yanfeng Ma · Sheng Li · Mingfei Li · Weihao Lu 等6人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2025年2月
本文提出了一种用于 p - 氮化镓（p - GaN）功率高电子迁移率晶体管（HEMT）的单片集成双向栅极静电放电保护方案，其中双栅极 HEMT 被设计为放电晶体管。采用该保护方案后，正向/反向传输线脉冲失效电流从 0.156 A/0.08 A 提高到 1.36 A/5.26 A，且几乎不牺牲 p - GaN 功率 HEMT 的性能。由于双栅极器件通过共享漂移区具备双向开关特性，该方案仅需一个放电晶体管；因此，与具有相同保护能力的现有方案相比，该保护方案的面积可有效节省 40.8%。
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项p-GaN功率HEMT的双向栅极静电放电（ESD）保护技术具有重要的战略价值。GaN功率器件因其高频、高效、高功率密度特性，正成为光伏逆变器和储能变流器等核心产品实现小型化、轻量化的关键技术路径。 该技术通过双栅结构实现单管双向保护，将正向/反向TLP失效电流分别提升...
硅IGBT、碳化硅MOSFET和氮化镓HEMT在低至10毫开尔文深低温环境下的首次特性表征
First Characterization of Si IGBT, SiC MOSFET, and GaN HEMT at Deep Cryogenic Temperatures Down to 10 Millikelvins
Xin Yang · Zineng Yang · Matthew Porter · Linbo Shao 等5人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2026年2月
本文首次研究了Si IGBT、SiC MOSFET和GaN HEMT在深低温（T < 4.2 K）环境下的电气特性。深低温电力电子转换在量子计算、空间探测等领域具有重要意义，但目前缺乏相关器件在高压及动态开关性能方面的研究数据。
解读: 该研究探讨了功率器件在极低温环境下的极限性能，目前阳光电源的核心业务（光伏、储能、风电、充电桩）主要运行在常规环境温度下，该技术尚处于基础物理研究阶段。然而，随着量子计算辅助能源管理及极端环境空间能源系统的兴起，宽禁带半导体（SiC/GaN）在极端工况下的可靠性数据可为未来前瞻性技术储备提供参考。建...
基于银烧结工艺的GaN HEMT三维集成功率模块
A 3-D Integrated Power Module of GaN HEMTs Based on Silver Sintering Processes
Zezheng Dong · Haidong Yan · Yinxiang Fan · Xinke Wu 等5人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2024年3月
本文提出了一种GaN HEMT的三维集成封装方法。通过将柔性PCB集成到GaN芯片上实现重布线层（RDL），扩大了电极面积及间距。该结构将GaN芯片夹在多层PCB与活性金属钎焊（AMB）基板之间，并利用银烧结工艺提升了模块的散热与电气性能。
解读: 该技术对阳光电源的高功率密度产品线具有重要参考价值。随着光伏逆变器和储能变流器（如PowerTitan系列）向更高功率密度演进，GaN等宽禁带半导体的应用是提升效率的关键。该三维封装方案通过银烧结和RDL技术有效解决了GaN器件在高频下的寄生参数和散热瓶颈，有助于减小逆变器体积并提升系统效率。建议研...
在等轴N极性GaN衬底上通过等离子体辅助分子束外延生长的N极性GaN HEMT结构中接近夹断时创纪录的高电子迁移率
Record-high electron mobility at near pinch-off in N-polar GaN HEMT structures grown on on-axis N-polar GaN substrates by plasma-assisted molecular beam epitaxy
Oguz Odabasi · Md Irfan Khan · Sandra Diez · Kamruzzaman Khan · Applied Physics Letters · 2025年9月 · Vol.127
本文报道了在等轴N极性GaN衬底上采用等离子体辅助分子束外延技术生长的N极性AlGaN/GaN异质结构中，在接近夹断电压下实现的创纪录高电子迁移率。低温迁移率测量表明，主要散射机制为电离杂质散射，界面粗糙度和压电散射贡献较小。通过优化掺杂分布与界面质量，有效降低了背景杂质浓度，从而显著提升了二维电子气在低密度下的迁移率性能，为高性能N极性HEMT器件提供了重要材料基础。
解读: 该研究在N极性GaN HEMT结构中实现的高电子迁移率突破，对阳光电源的功率器件技术升级具有重要参考价值。高迁移率特性可显著提升GaN器件的开关性能和导通特性，适用于新一代SG系列光伏逆变器和ST系列储能变流器的高频化设计。特别是在PowerTitan大型储能系统中，采用优化的GaN器件可实现更高功...
基于Si IGBT、SiC MOSFET和GaN HEMT的单相T型逆变器性能基准测试
Single-Phase T-Type Inverter Performance Benchmark Using Si IGBTs, SiC MOSFETs, and GaN HEMTs
Emre Gurpinar · Alberto Castellazzi · IEEE Transactions on Power Electronics · 2015年1月
本文对600V等级的Si IGBT、SiC MOSFET和GaN HEMT功率开关在单相T型逆变器中的性能进行了基准测试。评估了各技术的驱动要求、开关性能、逆变器效率、散热器体积、输出滤波器体积及死区效应。研究表明，GaN器件在驱动损耗方面表现最优。
解读: 该研究直接关联阳光电源的核心业务——光伏逆变器及储能变流器（PCS）的功率密度提升。T型三电平拓扑是阳光电源组串式逆变器和储能PCS的主流技术路线。通过对比Si、SiC和GaN在600V等级下的性能，为公司下一代高功率密度产品（如户用光伏及小型工商业储能）的选型提供了关键参考。建议研发团队重点关注G...
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