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如何实现高效GaN的电源设计
刘芳
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由于可以在较高频率、电压和温度下工作且功率损耗较低，宽禁带半导体（SiC 和GaN）现在配合传统硅一同用于汽车和RF 通信等严苛应用中。随着效率的提高，对Si、SiC和GaN器件进行安全、精确的测试，让功率半导体设备更快上市并尽量减少设备现场出现的故障。为帮助设计工程师厘清设计过程中的诸多细节问题，泰克与电源行业专家携手推出“氮化镓电源设计从入门到精通“8节系列直播课，氮化镓电源设计从入门到精通，这个系列直播共分为八讲，从0到1全面解密电源设计，带工程师完整地设计一个高效氮化镓电源，包括元器件选型、电路设计和PCB布线、电路测试和优化技巧、磁性元器件的设计和优化、环路分析和优化、能效分析和优化、EMC优化和整改技巧、可靠性评估和分析。
第一步：元器件选型对于工程师来说，GaN元器件相较于传统的MOSFET而言有很多不同和优势，但在设计上也带来一定挑战。课程从硅、砷化镓、碳化硅、氮化镓材料特性对比展开，通过泰克仪器测试英飞凌GaN器件来进行氮化镓特性的测量与分析。方案配置：示波器MSO5+光隔离探头TIVH08+电压及电流探头+电源和IGBT town 软件第二步：电路设计和PCB Layout 工程师既要在各种设计规则之间做出取舍，又要兼顾性能、工艺、成本等各方面，电路设计和PCB LAYOUT经常是困扰很多工程师的难题。课程基于氮化镓的电路设计和PCB LAYOUT展开深入探讨和分析，详细列举氮化镓与传统的MOSFET设计上的区别，PCB LAYOUT相关注意事项等。第三步：电路测试和优化技巧通过从低压到高压、从低频到高频、从控制信号到主电路工作、从开环到闭环等多方面的调试，实物测量与理论分析相结合，为工程师提供了明确的优化思路。方案配置：参数化波形记录器PCT 或 源表2410 + kickstart软件。第四步：磁性元器件的设计和优化基于GaN器件的LLC谐振变换器研究，不仅针对GaN器件LLC谐振变换器的基本拓扑和原理分析，还详细介绍了GaN器件对谐振变换器性能的提升。通过变换器模型根据谐振频率对谐振电感和主变压器进行设计，通过泰克示波器进行磁性分析。方案配置：示波器MSO56+5-PWR+电源探头。第五步：环路分析和优化稳定的反馈环路对开关电源非常重要，本场直播为大家带来系统中反馈环路的作用，并详细介绍了系统稳定性的要求和系统在实际应用中的性能指标，突出了补偿网络的重要性，以及详尽讲解了常用的补偿网络和设计补偿网络的步骤。方案配置：示波器MSO54+AFG 选件+5-PWR+信号注入器J2100A+2 根1X探头。第六步：能效分析和优化详细介绍瞬态干扰（EMS）的存在方式和对电子设备影响，其次对EMI关键的波形进行定量的计算分析；并分别以寄生天线和 PCB板的角度对EMI进行信号来源进行大量实测分析。通过理论与实测相结合，为工程师带来一场精彩的EMI的优化和整改技巧。方案配置：PA1K/3K+PWRview 软件。
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