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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...
氮化镓功率器件的稳定性、可靠性与鲁棒性综述
Stability, Reliability, and Robustness of GaN Power Devices: A Review
Joseph Peter Kozak · Ruizhe Zhang · Matthew Porter · Qihao Song 等9人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2023年7月
氮化镓（GaN）器件在提升电力电子设备的效率、频率及功率密度方面具有革命性意义。然而，其材料特性、器件架构及物理机制与硅（Si）和碳化硅（SiC）存在显著差异，导致了独特的稳定性、可靠性及鲁棒性挑战。本文系统梳理了GaN器件面临的关键技术瓶颈与失效机理。
解读: GaN器件是实现阳光电源下一代高频、高功率密度逆变器及充电桩产品的关键技术路径。随着户用光伏逆变器和电动汽车充电桩向轻量化、小型化发展，GaN的应用能显著降低开关损耗并提升系统效率。建议研发团队重点关注GaN在高温、高压环境下的长期可靠性评估，特别是针对iSolarCloud平台下的运行数据进行失效...
GaN HEMT稳态开关过程中的输出电容损耗
Output Capacitance Loss of GaN HEMTs in Steady-State Switching
Qihao Song · Ruizhe Zhang · Qiang Li · Yuhao Zhang · IEEE Transactions on Power Electronics · 2024年5月
本文针对高频应用中GaN HEMT输出电容（C_OSS）充放电产生的损耗问题，提出了一种基于非钳位电感开关（UIS）测试平台的简便损耗表征方法，为高频功率变换器的效率评估提供了新手段。
解读: 随着阳光电源在户用光伏逆变器及小型储能系统（如PowerStack）中对高功率密度和高效率的追求，GaN器件的应用趋势日益明显。该研究提出的C_OSS损耗表征方法，能够帮助研发团队更精准地评估GaN器件在高频开关下的损耗特性，从而优化逆变器及DC-DC变换器的磁性元件设计与驱动电路参数。建议在下一代...
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...
通过多功能单片保护电路提高GaN功率HEMT的稳定性
Stability Improvement of GaN Power HEMT by a Multifunctional Monolithic Protection Circuit
Qihao Song · Xin Yang · Bixuan Wang · Everest Litchford 等8人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2025年4月
本文提出了一种与GaN功率HEMT单片集成的栅极静电放电（ESD）保护电路。该多功能电路不仅增强了栅极的ESD鲁棒性，还在功率HEMT正常开关操作期间提高了导通电阻（RON）和阈值电压（VTH）的稳定性。
解读: GaN作为宽禁带半导体，在提升功率密度和开关频率方面具有显著优势。该研究提出的单片集成保护电路有效解决了GaN器件在实际应用中常见的ESD脆弱性及动态导通电阻漂移问题，这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。通过提升器件级的可靠性，可进一步缩小逆变器体积并提升转换效率。建议研...
共源共栅GaN HEMT在高频软开关应用中输出电容损耗的起源
Origin of Soft-Switching Output Capacitance Loss in Cascode GaN HEMTs at High Frequencies
Qihao Song · Ruizhe Zhang · Qiang Li · Yuhao Zhang · IEEE Transactions on Power Electronics · 2023年11月
本文研究了GaN HEMT在高频软开关应用中输出电容（COSS）损耗（EDISS）的物理机制。研究指出，共源共栅（Cascode）结构的GaN器件在充放电过程中存在非理想损耗，这成为限制高频功率变换效率的关键瓶颈。
解读: 随着阳光电源在户用光伏逆变器及小型化充电桩领域对功率密度要求的不断提升，高频化已成为核心技术趋势。GaN器件凭借优异的开关特性成为提升效率的关键，但共源共栅GaN在高频软开关下的损耗问题直接影响整机效率与热设计。建议研发团队在开发下一代高频紧凑型逆变器或充电模块时，重点评估该损耗机制对系统效率的影响...
接近击穿电压下GaN HEMT在过压硬开关中的退化与恢复
Degradation and Recovery of GaN HEMTs in Overvoltage Hard Switching Near Breakdown Voltage
Joseph P. Kozak · Qihao Song · Ruizhe Zhang · Yunwei Ma 等8人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2023年1月
GaN HEMT器件雪崩能力有限，在接近动态击穿电压（BVdyn）的过压硬开关条件下易发生灾难性失效。本文首次对比研究了三种主流GaN HEMT在重复过压开关过程中的参数漂移与恢复特性，揭示了其在极限工况下的可靠性演变规律。
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器件的应用日益广泛。该研究揭示了GaN在极限过压工况下的退化机制，对于优化逆变器及充电桩的驱动电路设计、过压保护策略及器件选型具有重要指导意义。建议研发团队在设计高频功率模块时，充分考虑动态击穿电压限制，并利用文中提到的恢...
P-Gate GaN HEMT的栅极开关寿命：电路特性与广义模型
Gate Switching Lifetime of P-Gate GaN HEMT: Circuit Characterization and Generalized Model
Bixuan Wang · Qihao Song · Yuhao Zhang · IEEE Transactions on Power Electronics · 2024年12月
本文针对P-GaN栅极高电子迁移率晶体管（HEMT）在转换器运行中的栅极过压裕度小、可靠性受限的问题，研究了其在实际应用条件下的栅极可靠性。文章通过电路表征建立了广义寿命模型，旨在解决现有直流偏置和脉冲I-V测试无法完全反映实际应用场景的局限性。
解读: 随着阳光电源在户用光伏逆变器及高频充电桩领域对功率密度要求的不断提升，GaN器件的应用潜力巨大。本文提出的P-GaN栅极可靠性模型及开关寿命评估方法，对于公司研发部门在设计高频、高效功率模块时具有重要参考价值。建议在下一代小型化、高效率的户用逆变器及车载充电系统（OBC）的选型与驱动电路设计中，引入...
基于电路法的P-Gate GaN HEMT栅极鲁棒性与可靠性评估
Gate Robustness and Reliability of P-Gate GaN HEMT Evaluated by a Circuit Method
Bixuan Wang · Ruizhe Zhang · Qihao Song · Hengyu Wang 等8人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2024年5月
针对GaN SP-HEMT栅极过压裕度小的问题，现有直流偏置或脉冲I-V测试方法难以模拟实际变换器中的栅极电压过冲。本文提出了一种新的电路评估方法，能够更真实地反映实际工况下的栅极可靠性。
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器件的应用成为趋势。该文章提出的电路级栅极可靠性评估方法，能够有效指导研发团队在设计阶段规避GaN器件在复杂开关瞬态下的失效风险。建议在组串式逆变器的高频功率级设计中引入该评估方法，以优化驱动电路设计，提升产品在极端工况下...
1.2kV垂直结构氮化镓结型场效应晶体管的评估及兆赫兹变换器应用
Evaluation and MHz Converter Application of 1.2-kV Vertical GaN JFET
Xin Yang · Ruizhe Zhang · Qiuzhe Yang · Qihao Song 等11人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2024年12月
本文首次对1.2kV、75mΩ的垂直结构氮化镓（GaN）结型场效应晶体管（JFET）进行了全面评估。该器件具备低导通电阻、常关特性及雪崩能力。通过优化RC接口栅极驱动器，研究了其在兆赫兹高频变换器中的应用潜力。
解读: 随着阳光电源组串式逆变器和户用储能系统向高功率密度、小型化方向发展，对开关频率和效率的要求日益严苛。1.2kV垂直GaN JFET作为宽禁带半导体的前沿技术，其高频特性可显著减小磁性元件体积，提升系统功率密度。建议研发团队关注该器件在户用光伏逆变器及小型化DC-DC变换器中的应用潜力，特别是在提升转...
通过多功能单片保护电路提高GaN功率HEMT的稳定性
Stability Improvement of GaN Power HEMT by a Multifunctional Monolithic Protection Circuit
Qihao Song · Xin Yang · Bixuan Wang · Everest Litchford 等6人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2024年12月
本文提出了一种与氮化镓（GaN）功率高电子迁移率晶体管（HEMT）单片集成的栅极静电放电（ESD）保护电路。除了增强栅极在ESD事件中的鲁棒性外，该多功能电路还能提高功率HEMT在正常开关操作时导通电阻（$R_{ON}$）和阈值电压（$V_{TH}$）的稳定性。这种改进的实现方式是在关断状态下钳位HEMT的负栅极偏置（$V_{G}$），而负栅极偏置是功率p型栅极GaN HEMT中$R_{ON}$和$V_{TH}$不稳定的关键原因。本文搭建了一个电路装置，用于原位监测动态$R_{ON}$及其从第一...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项GaN功率HEMT单片集成保护电路技术具有重要的战略价值。作为光伏逆变器和储能变流器的核心功率器件，GaN HEMT因其高开关频率、低导通损耗和高功率密度特性，是实现系统小型化和效率提升的关键技术路径。 该研究解决的核心痛点直接关系到我们产品的可靠性表现。在光伏逆变器...