Page 215 - 《应用声学》2024年第6期

刘建停等： 氮化镓高电子迁移率晶体管兆声电源波形优化设计
第 43 卷 第 6 期 1391
——栅源极桥臂串扰及漏源极振荡尖峰问题

首先考虑米勒电容 C gd 在串扰过程中的影响。 V DC
图 2 给出了当 Q H 开通、Q L 关断时半桥拓扑中串扰 C gd@H
电压产生的示意图。在没有负压的情况下，Q H 的驱 R g@H Q H C ds_H
C H
动电压从零跳变到驱动电压时，高侧开关 Q H 导通， C gs@H
Q H 的漏源极电压 V ds_H 迅速下降，此时低侧开关 T
L CS@H
R m
C 
Q L 的驱动信号为零电平，Q L 关断，其漏源极电压 C m
V ds_L 以 dv/dt 的斜率迅速上升 [11] ，由于 V ds_L 的 C gd@L L m
R g@L Q L C ds@L
dv/dt 的变化使得功率回路与驱动回路通过 GaN C L
C gs@L
HEMT 内部寄生米勒电容 C gd_L 耦合，所产生的米 0 V -
L CS@L
勒电流流过栅极驱动回路给 GaN HEMT 内部寄生 +
栅源极电容 C gs_L 充电，拉高 Q L 的栅源极电压，如
GND
果串扰时产生的 V gs_L 高于 GaN HEMT 的阈值电
压V GS(th) ，Q L 将误导通。 图 3 共源电感对串扰的影响电路图
Fig. 3 Circuit diagram of the influence of common
mode inductance on crosstalk
V DC
C gd_H
R g_H 1.2 漏源电压尖峰振荡产生的分析
Q H C ds_H
C H
当低侧开关管关断时，由于寄生电感的存在，
C gs_H
T 流过其中的电流方向不会发生突变，一部分电流通
L CS_H
R m
dv DS_l C 
过高侧开关管的二维电子沟道进行续流如图4 的间
C m
i Miller dt
C gd_L
L m 断线所示，由于能量较小所以变压器向次级传递的
R g_L
Q L C ds_L
能量很小，而低侧开关管中仍有漏电流存在，其通过
C L
C gs_L
图 4 中的虚线进行流动但漏极电流迅速变小，此时
0 V
L CS_L
电流变化率 di/dt 很大，与回路中的寄生电感产生
感应电压，该电压与母线电压叠加在一起形成电压
GND
尖峰。
图 2 当 Q H 开通、Q L 关断时，C gd 引起误开通电路图
Fig. 2 Circuit diagram of incorrect opening
V DC
caused by C gd when Q H is turned on and Q L is
turned off C gd@H
R g_H
Q H
然后考虑共源电感 L CS 对于串扰电压的影响 C gs_H C ds_H C H
机理。共源电感L CS 同时存在于驱动回路和功率回
L CS_H T
R m
路中，当功率回路通过L CS 与驱动回路耦合时，共源 C 
C m
电感以拉低源极电压的方式影响着串扰电压。图 3 C gd_L C ds_L L m
R g_L Q L
示意了当 Q H 开通、Q L 关断时半桥拓扑中共源电感 C L
对串扰电压的影响。 C gs_L
在Q H 导通瞬间之前，Q L 的共源电感L CS_L 的 L CS_L L P
电压为上正下负，在 Q H 导通瞬间，Q L 瞬间关闭，
Q L 的反向恢复电流下降，因共源电感 L CS_L 电流 GND
不能突变，共源电感 L CS_L 进入续流状态电压发生
图 4 低侧开关关断时回流路径图
换向，共源电感 L CS_L 上产生一个下正上负的电压 Fig. 4 Reflux path diagram when the low side
拉低了源极电位，进一步增加了串扰电压。 switch is turned off