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研究GaN-HEMT在短时和长时栅极与漏极偏压下阈值电压漂移的测试装置
Test Setup to Study Threshold Voltage Shift of GaN-HEMTs Under Short- and Long-Term Gate and Drain Bias
Benedikt Kohlhepp · Daniel Breidenstein · Thomas Dürbaum · IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics · 2024年9月
氮化镓高电子迁移率晶体管（GaN-HEMT）具有低导通电阻和快速开关特性，适用于高效率、高功率密度的电力电子变换器。然而，电荷捕获效应会导致导通电阻退化并引起阈值电压漂移，进而增加开关损耗，甚至因米勒电流引发误开通。由于器件手册通常缺乏阈值电压不稳定性的详细信息，工程师需自行开展测试。鉴于电荷捕获过程的时间常数从微秒至小时不等，且受温度、漏极和栅极偏压等多种因素影响，必须在接近实际应用条件下进行短时与长时测试。本文提出一种仅使用电力电子实验室常规设备的测试方案，通过交替施加应力/弛豫阶段与短时测...
解读: 该GaN-HEMT阈值电压漂移测试技术对阳光电源功率器件应用具有重要价值。在ST系列储能变流器和SG系列光伏逆变器中，GaN器件的阈值电压不稳定性直接影响开关损耗和系统效率，电荷捕获导致的Vth漂移可能引发米勒电流误开通，威胁系统可靠性。该测试方案可用于：1）优化GaN功率模块的栅极驱动设计，设置合...
面向应用的氮化镓高电子迁移率晶体管阈值电压偏移——测试平台与实验结果
Application-Oriented Threshold Voltage Shift of GaN-HEMTs – Test Bench and Results
Benedikt Kohlhepp · Daniel Breidenstein · Niklas Stöcklein · Thomas Dürbaum 等5人 · IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics · 2025年9月
由于低导通电阻和快速开关特性，GaN-HEMT在高效功率变换器中具有广阔前景。然而，半导体结构中的电荷捕获效应会导致器件参数退化，除导通电阻恶化外，还引发阈值电压漂移，进而影响开关行为、增加损耗，并可能导致米勒自开启。数据手册通常未提供该效应的详细信息，设计者需自行测量。温度、漏极与栅极偏置及开关条件等多种因素影响电荷捕获，其时间常数从微秒至小时量级不等。为此，本文基于常规电力电子实验室设备，提出一种低成本、贴近实际应用工况的阈值电压测试方案。器件工作于硬开关或软开关模式，通过短时中断运行进行阈...
解读: 该GaN-HEMT阈值电压漂移测试技术对阳光电源功率器件应用具有重要价值。研究揭示硬开关下阈值电压漂移达1V（初始1.1V），直接影响ST储能变流器和SG光伏逆变器的开关损耗与可靠性。测试方法可应用于：1）ST系列储能PCS的GaN器件选型与驱动参数优化，避免米勒自开启风险；2）1500V光伏系统中...