测量基于GaN的电源中的交叉传导
文章：Yajie邱和彼得迪马西
这种轻松且经济高效的方法来测量交叉传导使用GaN晶体管的独特特征。
如今，大多数电源路线图都具有GaN晶体管作为关键平台。GaN晶体管的优点与SI MOSFET，IGBT和SIC MOSFET相比是指工程师广泛地将它们设计成其系统。然而，在开关电源中的GaN晶体管的这些进步也使得这些电源的性能表现出越来越具有挑战性。测量高端vGS.在半桥中，这是一种诊断晶体管交叉传导的传统方式，可以是对基于GaN的设计的苛刻任务。典型的解决方案是使用高成本的测量设备，并不总是产生有用的结果。本文展示了使用GaN晶体管的独特特性来测量交叉传导的简单且经济高效的方法。
用于升压或降压转换器和双向转换器中的同步整流的半桥和全桥配置以及用于高侧晶体管的互补驱动信号。驱动信号必须在半桥中的一个晶体管截止的周期和其他晶体管接通时包括少量的“死区时间”，以确保晶体管不交叉。当半桥配置中的晶体管同时晶体管同时进行交叉传导，这是增加损耗并且可能对晶体管造成损害的条件。增加死区时间有助于保护晶体管，但是当两个晶体管都关闭时，它也会产生另一种类型的损耗，这降低了桥梁的效率并降低了功率转换器的可用占空比范围。因此，最小化桥梁的死区时间，同时确保不发生交叉传导是关键设计目标。验证此操作是挑战。
验证电源半桥拓扑的适当交叉传送操作的常用方法是使用两个探针同时验证高侧和低侧驱动信号之间的死区时间。测量GaN晶体管驱动信号，尤其是高侧门，是具有挑战性的，并且经常导致错误触发，令人沮丧的设计工程师。
GaN器件的栅极信号具有高的转换速率，大约1V / NS的顺序，这对使用常规隔离探针构成了高侧测量的挑战。如果测量系统没有足够的共模抑制比（CMRR），则快速变化的高侧源节点的共模电压会导致干扰，这会模糊测量。而且，由传统的无源电压探针引入的寄生电容可以扭曲栅极驱动信号，引起交叉传导。
光学隔离的测量系统，例如Tektronix Tivh系列Isovu，已由大于160 dB的DC CMRR开发，可提供可实现的高侧V.GS.测量解决方案。这种测量系统还必须最小化感测回路区域并提供增强的屏蔽测量信号路径。这样做要求电源转换器电路板设计包括配备有专用连接器的探头点，如微型微型同轴（MMCX）连接器，可为关键信号提供低电容访问。图1显示高端v的结果GS.使用GS66516T GaN晶体管测量和双脉冲测试板。TIVH系列ISOVU和MMCX连接器用于实现这一目标，如图所示图2.。
图1左侧的图形显示了测量的高端vGS.在我加载= 23a不同的rG_ON.，使用Tektronix Isovu测量系统。GS66516T双脉冲测试（DPT）板显示在右侧。
图2.测量设置包括ISOVU系统（左）和带MMCX连接器（右）的DPT板。
测量系统的成本和信号路径的额外复杂性和敏感性具有更具成本效益和更敏感的解决方案的左空间。GaN系统工程师开发的方法仅测量低端晶体管，解决这些问题。
显示了GaN半桥的典型硬开启接通原理图图3.，具有代表性的低端iD.曲线显示图4.。在电压换向周期（图3D）期间，跨越电压1增加和跨越电压2减少。因此，晶体管漏极 - 源电容器C.1和C.2将分别收取和出院。由于S的二维电子气体（2deg）通道2正在进行和s的2deg通道1被关掉，c1充电电流流过s2并将导致当前的凹凸。
图3.这些硬切换过渡图显示了1进行（a），死区时间（b），电流换向（c），电压换向（d）和s2进行（e）。
由于GaN晶体管与Si和SiC MOSFET不同，因此在电压换向期间没有反向恢复损耗（图4中的T1〜T2）。低侧漏极电流的凸块面积是电容的结果（C奥斯= C.Gd.+ C.DS.）充电电流，我Q（OSS），来自相反的开关1。
图4.这是低侧GaN晶体管的硬开关导通过程。
如果发生交叉传导，则当前的凸块面积将大于C. C的预期奥斯。可以在电压换向期间和之后的交叉传导同时（图5.）。
图5.在电压换向期间和之后发生交叉传导。
[继续阅读EDN US：确定是否存在交叉传导]
Peter di Maso.是GAN系统的产品线管理总监。
雅杰邱是GAN系统的高级电力电子应用工程师。
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