Page 217 - 《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 1393
——栅源极桥臂串扰及漏源极振荡尖峰问题

由此得到V GS 最大值的表达式为 V DC
L D_H
V GS_ max = B 1 +
v
u ( √ ) 2 C gd_H
( ) 2
u
C A L SC C gs C gd C A L SC C gs
t
+ √ · k R g_H D B_H
C gs + C A (C gs + C A ) 3 Q H
R B_H

C gd C gs_H C ds_H
+ · k < V th , (5)

C gs + C A C H
C B_H
式 (5) 中，k 为 V DS 的电压变化率，取实验中的最大 L S_H RCDႃ᡹
值为 7 V/ns。公式中涉及的具体参数 (依据寄生
L
和电路实测) 取值如表 1 所示，通过计算得到当 C A L D_L
最小为 100 nF 时，串扰电压最大值小于阈值导通
D B_L
电压。 C gd_L
R B_L
R g_L
Q L
表 1 各参数取值 C L
Table 1 Parameter values C gs_L C ds_L C B_L
RCDႃ᡹
参数 V DC C gs C gd L SC dV DS /dt R off R on L S_L
取值 60 V 496 pF 4 pF 40 nH 7 V/ns 15 Ω 10 Ω
GND
2.2 缓冲电路的设计
(a) RCDᎁфႃ᡹Ԕေڏ
为了改善 GaN HEMT 漏源极电压波形中出现
L S_H
的尖峰振荡问题，优化关断特性延缓关断过程中漏
i DL i BL
极电流电压变化速度并限制其幅值，设计了RCD充 i M
L D_H L D_L R B_L
放电缓冲电路，其基本原理图如图 6(a) 所示，RCD
v DS_L
缓冲电路工作时的等效电路如图6(b)所示。 C ds_L C B_L
进一步细化图 6 电路中的寄生电感分布，其等 R loop_H L S_L
效电路如图7所示。
当低侧开关管 Q L 关断时，开关管等效电阻开 (b) RCDᎁфႃ᡹ࢺͻ኎஍ႃ᡹ڏ
始增大，流过开关管的电流开始下降，电流逐渐从开 图 6 缓冲电路方案
关管转移到缓冲电容中，缓冲电容开始充电。缓冲 Fig. 6 Buffer circuit scheme
电容的计算表达式为 [13]

C B = I 2 L 1 + L 2 + L 3 2 , (6) L 
(U DS − U DC )
式(6)中，I 为负载电流值，利用图7寄生电感分布的
等效电路结合 PCB布线，利用式 (7) [13] 求出各寄生 L D D B R B
电感的具体数值，结果统计在表2中。
( 2l 3 ) Q
L = 2l ln − · 10 −7 H. (7) L 
d 4

表 2 寄生电感的计算值 C B
Table 2 Calculated values of parasitic in- L S
L 
ductance
寄生电感 L 1 L 2 L 3 L D_H L S_H L D_L L S_L
图 7 寄生电感分布图
取值/nH 22.16 0.381 3.77 1.034 29.18 1.588 3.208 Fig. 7 Distribution of parasitic inductance