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基于GaN的LLC变换器在高峰值电流应用中的数字同步整流与铜箔平面变压器研究
GaN-Based LLC Converters With Digital Synchronous Rectifier and Copper Foil Planar Transformer in High-Output Current Applications
Cungang Hu · Chaohui Cui · Haoran Li · Xi Tang 等8人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2024年5月
针对GaN器件在390V电压下高达105kV/μs的dv/dt带来的同步整流（SR）驱动挑战，本文提出了一种基于电荷守恒的数字SR算法，通过计算电流流过时间推导SR导通时间，有效解决了高频下的驱动难题，并结合铜箔平面变压器提升了变换器在高输出电流应用中的性能。
解读: 该技术对阳光电源的户用光伏逆变器及小型储能PCS产品具有重要参考价值。随着功率密度要求的提升，GaN器件在高效DC-DC变换级中的应用已成为趋势。文中提出的基于电荷守恒的数字SR算法，能够有效解决高dv/dt带来的EMI及驱动误触发问题，提升系统转换效率。建议研发团队在下一代高频化、小型化户用逆变器...
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...
通过瞬态热表征理解短路应力下GaN HEMT位错缺陷的作用
Understanding the Role of Dislocation Defects of GaN HEMT under Short-Circuit Stress Through Transient Thermal Characterization
Xi Jiang · Yue Wu · Song Yuan · Xiangdong Li 等6人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2025年2月
摘要：氮化镓（GaN）高电子迁移率晶体管（HEMT）器件在高母线电压条件下承受反复短路（SC）应力后容易迅速失效。衬底界面处的位错缺陷在引发器件退化和热击穿失效方面起着关键作用。然而，短路应力下位错缺陷的形成机制及其对氮化镓高电子迁移率晶体管短路能力的影响仍不明确。本文提出一种基于瞬态热阻表征的新方法，用于监测氮化镓高电子迁移率晶体管器件内部位错缺陷的演变。同时，建立了一个热模型来阐明位错缺陷对器件热特性的影响。通过分析短路应力前后氮化镓高电子迁移率晶体管的结构函数，将先前难以察觉的缺陷累积转化...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项关于GaN HEMT器件短路应力下位错缺陷演化的研究具有重要的战略价值。GaN功率器件因其高开关频率、低导通损耗和高功率密度特性，正逐步成为我司光伏逆变器和储能变流器的核心功率开关选择，特别是在高压大功率应用场景中。 该研究揭示的位错缺陷累积机制直接关系到产品可靠性这...
具有AlN超晶格背势垒的SiC衬底双通道AlGaN/GaN肖特基势垒二极管
Double-channel AlGaN/GaN Schottky barrier diode with AlN super back barrier on SiC substrate
Tao Zhang · Junjie Yu · Heyuan Chen · Yachao Zhang 等5人 · Applied Physics Letters · 2025年6月 · Vol.126
本文报道了一种在SiC衬底上制备的具有AlN超晶格背势垒结构的双通道AlGaN/GaN肖特基势垒二极管。通过引入AlN超晶格作为背势垒，有效抑制了二维电子气向衬底方向的扩展，增强了载流子 confinement 效应，提升了器件的反向阻断能力与正向导通性能。该结构实现了高击穿电压与低泄漏电流的优异平衡。实验结果表明，器件具有较低的开启电压和高电流密度，同时反向击穿电压显著提高。该设计为高性能GaN基功率二极管的发展提供了可行方案。
解读: 该双通道AlGaN/GaN肖特基二极管技术对阳光电源的功率器件升级具有重要参考价值。AlN超晶格背势垒结构可显著提升GaN器件的击穿电压和导通特性,这对SG系列1500V光伏逆变器和ST系列储能变流器的高频化设计至关重要。特别是在三电平拓扑中,该技术可用于优化快恢复二极管的性能,有助于提升系统效率和...
过流应力下氮化镓高电子迁移率晶体管失效机制的实验与仿真研究
Experimental and Simulation Study on the Failure Mechanism of GaN HD-GIT Under Overcurrent Stress
Xi Jiang · Jing Chen · Chaofan Pan · Hao Niu 等6人 · IEEE Transactions on Electron Devices · 2025年8月
本文研究了氮化镓高电子迁移率晶体管（GaN HEMTs）在过流应力下的失效机制。评估了氮化镓混合漏极嵌入式栅极注入晶体管（HD - GIT）器件在不同应力条件下的过流行为，并确定了主要的失效模式。分阶段分析了GaN器件在过流事件期间的波形，并剖析了每个阶段背后的物理机制。进行了数值技术计算机辅助设计（TCAD）模拟，以分析过流应力期间的电场分布和电子迁移率的变化。通过模拟分析研究了热失控和漏极/衬底击穿失效。结果表明，GaN HEMTs中的热失控失效是由于电子迁移率降低和沟道内电场增加引发的，热...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项关于GaN HD-GIT器件过流失效机制的研究具有重要的技术价值和应用意义。GaN功率器件凭借其高开关频率、低导通损耗和高功率密度等优势，已成为光伏逆变器和储能变流器等产品实现高效率、高功率密度的关键技术路径。 该研究通过实验与TCAD仿真相结合，系统揭示了GaN H...
采用SiNx/AlN介质叠层的全凹槽型常关GaN MIS-HEMT器件稳定性提升
Improved Stability of Fully Recessed Normally-Off GaN MIS-HEMTs With SiNx/AlN Dielectric Stack
Yu Li · Guohao Yu · Ang Li · Haochen Zhang 等6人 · IEEE Transactions on Electron Devices · 2025年7月
本研究对采用低压化学气相沉积（LPCVD）-氮化硅（SiNx）/原子层沉积（ALD）-氮化铝（AlN）或等离子体增强原子层沉积（PEALD）-二氧化硅（SiO₂）/ALD - AlN 介质叠层的氮化镓（GaN）金属 - 绝缘体 - 半导体高电子迁移率晶体管（MIS - HEMT）进行了对比研究。与 SiO₂/AlN MIS - HEMT 的阈值电压漂移（$\Delta {V}_{\text {TH}}$）为 2.0 V 相比，SiNx/AlN MIS - HEMT 在 150 °C 下表现出最小...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项关于常关型GaN MIS-HEMT器件的研究具有重要的战略价值。该研究通过采用LPCVD-SiNx/ALD-AlN介质堆栈方案，显著提升了器件的阈值电压稳定性，这直接关系到我们光伏逆变器和储能变流器的核心竞争力。 在技术价值层面，该器件在150°C高温下仅产生-0.2...
基于硅衬底并采用刻槽n+-GaN帽层与局域钝化层的AlGaN/GaN肖特基势垒二极管以提升优值和动态特性
AlGaN/GaN-based SBDs grown on silicon substrates with trenched n+-GaN cap layer and local passivation layer to improve BFOM and dynamic properties
Zhizhong Wang1Jingting He2Fuping Huang2Xuchen Gao1Kangkai Tian2Chunshuang Chu2Yonghui Zhang1Shuting Cai2Xiaojuan Sun3Dabing Li3Xiao Wei Sun4Zi-Hui Zhang5 · 半导体学报 · 2025年9月 · Vol.46
本文设计并制备了在硅衬底上具有刻槽n+-GaN帽层的AlGaN/GaN肖特基势垒二极管。研究表明，n+-GaN帽层可向AlGaN/GaN沟道注入更多电子，使二维电子气密度提高一倍，比导通电阻降至约2.4 mΩ·cm²。通过干法刻蚀形成刻槽结构消除关态表面漏电，并在场板沉积前引入Si₃N₄钝化层，有效抑制刻蚀导致的表面缺陷，使漏电流降低至约8×10⁻⁵ A·cm⁻²，击穿电压达876 V，Baliga优值提升至约319 MW·cm⁻²。该Si₃N₄层还可抑制电子捕获与输运过程，显著改善动态导通电阻...
解读: 该硅基GaN肖特基二极管技术对阳光电源功率变换系统具有重要应用价值。刻槽n+-GaN帽层技术使比导通电阻降至2.4 mΩ·cm²，Baliga优值达319 MW·cm⁻²，可直接应用于ST系列储能变流器和SG系列光伏逆变器的同步整流电路，降低导通损耗15-20%。局域钝化层抑制动态导通电阻退化的方案...
基于移相调制的氮化镓开关电容变换器简化建模与控制
Simplified Modeling and Control of a GaN Switched-Capacitor Converters With Phase Shift Modulation
Hongyang Xie · Rui Li · IEEE Transactions on Power Electronics · 2021年12月
本文针对一种新型开关电容变换器，提出了基于移相调制的简化建模与控制方法。该变换器凭借模块化拓扑实现了高电压增益、高效率及高功率密度。针对多模块级联下建模困难的问题，本文提供了通用且精确的数学模型，为提升电力电子变换器的设计效率与性能提供了理论支持。
解读: 该技术对阳光电源的户用光伏逆变器及小型储能系统具有重要参考价值。随着氮化镓（GaN）器件在功率密度提升方面的潜力不断释放，该简化建模方法有助于缩短研发周期，优化变换器控制策略。建议研发团队关注该模块化拓扑在微型逆变器或高压直流变换环节的应用，以进一步提升产品效率并减小体积，从而在户用及工商业场景中保...
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...
电荷俘获效应对GIT型GaN基HEMT器件的影响
The Influence of Charge Trapping Effects on GIT GaN-Based HEMTs
Yibo Ning · Huiying Li · Xsinyuan Zheng · Chengbing Pan 等5人 · IEEE Transactions on Electron Devices · 2025年11月
在本研究中，我们利用电容模式深能级瞬态谱（C - DLTS）研究了栅注入晶体管（GIT）氮化镓（GaN）基高电子迁移率晶体管（HEMT）在栅极过驱动应力下的退化行为以及深能级陷阱的演变。随着老化时间的增加，观察到阈值电压（ ${V}_{\text {TH}}$ ）负向漂移，同时栅极泄漏电流增大。应力施加前，在GaN基HEMT中检测到三种陷阱信号，包括一个电子陷阱（150 K）和两个空穴陷阱（250 K和450 K）。应力施加后，在90 K和350 K处出现了两个电子陷阱，而250 K处的本征空穴...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项关于GaN基HEMT器件电荷陷阱效应的研究具有重要的战略意义。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的核心技术方向，直接关系到我们产品的转换效率和系统可靠性提升。 该研究揭示了GIT型GaN器件在栅极过驱动应力下的退化机理，特别是阈...
采用刻蚀停止工艺制备的高性能增强型GaN p-FET
High-Performance Enhancement-Mode GaN p-FET Fabricated With an Etch-Stop Process
Hengyuan Qi · Teng Li · Jingjing Yu · Jiawei Cui 等6人 · IEEE Transactions on Electron Devices · 2025年2月
增强型（E 型）氮化镓（GaN）p 沟道场效应晶体管（p - FET）的栅极凹槽工艺预计会产生高密度的晶体缺陷；因此，较大的 $\vert {V}_{\text {th}} \vert $ 往往伴随着较差的导通电流（Ion）。为应对这一挑战，在本工作中，开发了一种刻蚀停止工艺，即在 p - GaN 层中插入一层 1.5 纳米厚的 AlN 层，使基于干法刻蚀的栅极凹槽刻蚀在 AlN 层终止。然后使用湿法刻蚀去除凹槽区域的 AlN，从而在干法刻蚀过程中保护栅极沟道表面免受等离子体轰击。所制备的刻蚀停...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项氮化镓（GaN）增强型p-FET的刻蚀停止工艺技术具有重要的战略价值。该技术通过在p-GaN层中插入1.5nm的AlN层作为刻蚀停止层，有效解决了传统栅极凹槽工艺中等离子体轰击导致的晶体缺陷问题，实现了阈值电压与导通电流之间的性能平衡突破。 对于我司的核心业务而言，这...
避免硅MOSFET雪崩并实现级联GaN器件的零电压开关
Avoiding Si MOSFET Avalanche and Achieving Zero-Voltage Switching for Cascode GaN Devices
Xiucheng Huang · Weijing Du · Fred C. Lee · Qiang Li 等5人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2016年1月
本文探讨了高压常开型宽禁带器件与低压常关型硅MOSFET组成的级联结构。分析了关断过程中的电压分布原理及开通时的零电压开关（ZVS）机制，旨在解决级联结构中可能出现的硅MOSFET雪崩击穿问题，并优化开关性能。
解读: 随着阳光电源在户用光伏逆变器及小型化储能系统（如PowerStack）中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。级联GaN结构是目前实现高压应用的主流方案，但其可靠性（如Si MOSFET雪崩风险）是工程化落地的关键。本文提出的ZVS实现策略和电压应力优化方法，对阳光电源研发团...
基于综合电荷率模型的DCM Boost PFC变换器最大效率平均电流控制器
Maximum Efficiency Average Current Controller Based on a Comprehensive Charge Rate Model for DCM Boost PFC Converter
Linkai Li · Wanyang Wang · Dian Lyu · Run Min 等7人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2021年5月
本文研究了DCM模式下Boost PFC变换器的建模与控制优化。通过考虑寄生参数和GaN HEMT瞬态特性，推导了输入输出电荷并构建了综合电荷率（CCR）模型，旨在提升变换器的效率与功率因数。
解读: 该研究针对GaN器件在DCM模式下的高频特性建模，对阳光电源的户用光伏逆变器及微型逆变器产品线具有重要参考价值。随着户用产品向高功率密度和高效率演进，GaN等宽禁带半导体应用日益广泛。该文提出的CCR模型能够更精准地描述开关瞬态损耗，有助于优化阳光电源户用逆变器前级PFC电路的控制算法，从而在提升整...
一种用于氮化镓HEMT的带Miller钳位电路的新型串扰抑制方法
A Novel Crosstalk Suppression Method With Miller Clamp Circuit for GaN HEMTs
Tianci Wang · Chuang Bi · Siyong Luo · Fan Li 等5人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2024年11月
氮化镓（GaN）功率器件展现出显著特性，如高开关速度和低传导损耗，从而有助于提高开关电源转换器的效率和功率密度。然而，氮化镓功率器件高开关速度和低导通阈值的优势也使其容易受到桥臂串扰的影响。为解决上述问题，本文提出了一种新型米勒钳位栅极驱动器（NMCGD）。本文首先详细阐述了NMCGD的工作原理。在NMCGD中，它利用负电压使氮化镓关断过程中的双极结型晶体管（BJT）处于饱和状态。这一操作有效地将部分驱动电阻短路，降低了驱动回路的阻抗并抑制了串扰，同时在确保快速导通和关断速度的情况下，还减少了栅...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项针对GaN HEMT器件桥臂串扰抑制的新型Miller钳位驱动技术具有重要的应用价值。GaN功率器件凭借其高开关速度和低导通损耗特性，正成为光伏逆变器和储能变流器实现高功率密度、高效率的关键技术路径，这与公司产品向小型化、轻量化发展的战略高度契合。 该论文提出的新型M...
一种具有可重构高压电荷共享路径的宽频率范围氮化镓半桥驱动器
A Wide-Frequency-Range GaN Half-Bridge Driver With Reconfigurable High-Voltage Charge Sharing Path
Qihuai Lu · Guojia Mu · Xihao Liu · Wenxing Cao 等7人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2026年4月
针对氮化镓（GaN）半桥驱动器在高频下工作频率范围窄及高侧供电电压不足的问题，本文提出了一种工作频率覆盖1–10 MHz、高侧驱动电压达4.99 V的驱动器。通过引入可重构电荷共享路径（RCSP）等创新技术，有效提升了高频驱动性能。
解读: 随着阳光电源在户用光伏逆变器及小型化储能系统（如PowerStack）中对功率密度要求的不断提升，高频化成为必然趋势。GaN器件的应用能显著减小磁性元件体积，提升整机效率。该驱动器技术解决了高频下高侧驱动电压不稳的痛点，对阳光电源下一代高频化、高功率密度组串式逆变器及微型逆变器产品的研发具有重要参考...
基于零电流检测延迟补偿的GaN CRM图腾柱PFC整流器同步整流控制
SR Control With Zero Current Detection Delay Compensation for GaN CRM Totem-Pole PFC Rectifier
Yong Yang · Zhibin Li · Dawei Song · Shengdong Wang 等7人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2023年6月
针对临界模式（CRM）图腾柱PFC中零电流检测（ZCD）延迟导致的逆向电感电流和输入电流畸变问题，提出了一种同步整流（SR）控制策略。该方法通过在计算SR关断时刻时引入ZCD延迟补偿，实现了更精准的电流控制，有效提升了变换器的效率与电能质量。
解读: 该技术对阳光电源的户用光伏逆变器及充电桩业务具有重要参考价值。随着功率密度要求的提升，GaN器件在小功率变换器中的应用日益广泛，而图腾柱PFC是实现高效率的关键拓扑。该研究提出的ZCD延迟补偿算法能显著优化轻载下的效率表现，减少电流畸变，有助于提升阳光电源户用逆变器及便携式充电产品的电能质量指标。建...
一种具有增强dVSW/dt噪声免疫性、负VSW耐受性和开通dVSW/dt控制的单片GaN功率IC
A Monolithic GaN Power IC with Enhanced dVSW/dt Noise Immunity, Negative VSW Tolerance and Turn-on dVSW/dt Control
Yifei Zheng · Haoran Wang · Boyu Li · Weimin Yuan 等6人 · IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics · 2025年9月
本文提出了一种提升单片氮化镓（GaN）半桥功率集成电路在高速开关瞬态电应力下可靠性的方法。通过片上地线分离设计抑制地弹，避免输入级击穿和误触发；采用双共栅差分对结构的鲁棒电平转换器，有效阻断dVSW/dt噪声传播，同时支持负VSW工作并保持低传输延迟；可调驱动强度的栅极驱动电路抑制振铃与过冲，且不引入寄生元件。基于1 μm硅基GaN工艺实现的100 V单片集成芯片实验验证了其对130 V/ns dVSW/dt的免疫能力、低于10.4 ns的延迟，以及-15 V负压耐受性和输出强度可调性。
解读: 该单片GaN功率IC技术对阳光电源ST系列储能变流器和SG光伏逆变器的功率密度提升具有重要价值。其130V/ns的dVSW/dt噪声免疫性和10.4ns超低延迟可直接应用于PowerTitan大型储能系统的高频开关电路，提升系统动态响应速度。双共栅差分对电平转换器的-15V负压耐受设计，可增强阳光电...
基于不同钝化介质的p-GaN栅HEMT电流崩塌机制研究
Investigating the Current Collapse Mechanisms of p-GaN Gate HEMTs by Different Passivation Dielectrics
Xiangdong Li · Niels Posthuma · Benoit Bakeroot · Hu Liang 等9人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2021年5月
本文研究了不同钝化介质（AlON和SiN）对p-GaN栅HEMT在关断状态应力下动态导通电阻（Ron）退化的影响。研究发现，退化机制主要源于阈值电压（VTH）漂移和栅漏接入区的表面陷阱效应，并成功区分了两者影响。实验证明SiN钝化层下的表面陷阱效应显著。
解读: GaN器件作为下一代功率半导体，在阳光电源的高功率密度户用光伏逆变器及小型化充电桩产品中具有极高的应用潜力。本文深入探讨了不同钝化工艺对p-GaN栅HEMT可靠性（电流崩塌）的影响，为公司在选型宽禁带半导体器件及优化驱动电路设计时提供了关键的理论依据。建议研发团队在评估GaN功率模块时，重点关注钝化...
肖特基型p-GaN栅HEMT中负栅极偏置引起的动态导通电阻退化
Negative Gate Bias Induced Dynamic ON-Resistance Degradation in Schottky-Type p-Gan Gate HEMTs
Zuoheng Jiang · Mengyuan Hua · Xinran Huang · Lingling Li 等7人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2022年5月
本文系统研究了关断状态栅极偏置（VGS,OFF）对商用肖特基型p-GaN栅HEMT动态导通电阻（RON）的影响。通过双脉冲测试和脉冲I-V系统，评估了在硬开关和软开关条件下，不同栅极和漏极偏置对动态RON的影响。研究发现，更负的VGS,OFF会导致更显著的动态RON退化。
解读: GaN作为宽禁带半导体，在阳光电源的高功率密度户用逆变器及小型化充电桩产品中具有重要应用前景。该研究揭示了p-GaN栅HEMT在负偏置下的动态导通电阻退化机制，对提升阳光电源产品的长期可靠性至关重要。建议研发团队在设计驱动电路时，优化负压关断策略，以抑制动态损耗增加。同时，该研究成果可指导iSola...
基于互补型GaN HEMT的高频脉冲激光驱动器
High-Frequency Pulsed Laser Driver Using Complementary GaN HEMTs
Ching-Yao Liu · Chun-Hsiung Lin · Hao-Chung Kuo · Li-Chuan Tang 等8人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2025年2月
本文提出了一种用于高频激光雷达（LiDAR）的高效激光驱动器，旨在满足20MHz重复频率、10ns脉宽及50W瞬时功率的严苛要求。针对自动驾驶领域对高功率效率的需求，该驱动器通过互补型GaN HEMT技术优化了开关性能，显著提升了系统整体能效。
解读: 该文献探讨了GaN器件在高频脉冲应用中的性能优势。虽然阳光电源的核心业务集中在光伏逆变器和储能系统，但随着电力电子技术向高频化、高功率密度方向演进，GaN等宽禁带半导体在辅助电源、高频驱动电路及未来小型化储能控制模块中具有应用潜力。建议研发团队关注GaN器件在高频开关下的损耗特性与可靠性评估，这有助...
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