基于LTSpice的GaN开关损耗的仿真

基于LTSpice的GaN开关损耗的仿真总结

一、概述

• ‌提供模型‌：GaN Systems为GaN增强型HEMT提供了Pspice/LTSpice仿真模型。
• ‌测试电路‌：本文介绍了一个在LTSpice中的半桥双脉冲测试电路，用作评估不同电气参数下开关性能的测试平台。
• ‌仿真与对比‌：仿真了开关损耗，并与实验室测量结果进行了对比。

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*附件：基于LTSpice的GaN开关损耗的仿真.pdf

二、半桥双脉冲测试电路设置

• ‌仿真参数‌：
  • .param VBUS = 400：直流母线电压400V。
  • .param ISW = 30：开关电流30A。
  • .param RGON = 10：开通门极电阻10Ω。
  • .param RGOFF = 2：关断门极电阻2Ω。
  • .param VDRV_P = 6：开通门极电压+6V。
  • .param VDRV_N = 3：关断门极电压-3V。
  • .param DT = 100n：死区时间100ns。
  • .param T_ON = 2U：开通时间2μs。
  • .param L_DPT：根据开关电流设置的电感L_DPT。
  • .param T_P = 2.5U：总周期2.5μs。
  • .param L_GATE = 3N：门极电感3nH。
  • .param LS_EX = 10p：外部源电感10pH。
  • .param L_DS = 3N：功率环路电感3nH。
  • .option temp = 25：结温设置为25°C，可在25至150°C之间调整。

三、仿真结果

• ‌波形对比‌：模拟波形与测量波形之间有良好的相关性，包括门极电压V_GS的尖峰，该尖峰由自由轮设备的dv/dt（米勒反馈）引起。
• ‌开关损耗‌：
  • 开通损耗E_ON为106μJ（400V/30A条件下）。
  • 关断损耗E_OFF为8μJ（400V/30A条件下）。
• ‌损耗与温度关系‌：开通损耗随结温T_J增加而增加，因为高温下跨导降低；关断损耗对于GaN来说较低，且对温度依赖性较小。
• ‌损耗与门极电阻关系‌：开关损耗随门极电阻R_G增加而增加。

四、总结

• 使用LTSpice的半桥双脉冲测试电路成功模拟了GaN E-HEMT的开关损耗。
• 仿真结果与实验室测量结果吻合良好，尽管实际测量可能受多种因素影响。
• 该LTSpice测试电路为终端用户提供了一个方便的仿真平台，有助于熟悉GaN E-HEMT的开关特性，并轻松评估不同电气参数对开关性能的影响。