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级联GaN HEMT短路失效的物理机理研究
Physical Understanding on Short-Circuit Failure for Cascode GaN HEMTs
Xuanting Song · Jun Wang · Gaoqiang Deng · Yongzhou Zou 等5人 · IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics · 2024年12月
短路耐受能力是开关电源中功率器件的重要指标。针对硅基和碳化硅MOSFET已有广泛研究，但对由硅MOSFET与耗尽型GaN HEMT（DHEMT）构成的级联GaN高电子迁移率晶体管，其短路失效机制尚不明确。本文通过实验与数值模拟相结合的方法，分别提取两种器件的电学特性，揭示级联结构在短路过程中的电热失效机制。结果表明，DHEMT承受的电热应力远高于硅MOSFET，更易发生热失效。进一步的热-力耦合仿真显示，异质结层间热膨胀系数差异引发的机械应力是导致DHEMT失效的根源。此外，分析了栅极控制机制对...
解读: 该级联GaN HEMT短路失效机理研究对阳光电源功率器件应用具有重要指导价值。研究揭示的DHEMT热应力集中和异质结热膨胀失配机制，可直接应用于ST系列储能变流器和SG光伏逆变器的GaN器件选型与保护设计。针对短路鲁棒性与导通电阻的折衷设计指导，有助于优化PowerTitan大型储能系统的功率模块热...
GaN半桥短路耐受性分析的增强行为建模
Enhanced Behavioral Modeling for GaN Half-Bridge Short-Circuit Analysis
Simone Palazzo · Thiago Pereira · Yoann Pascal · Giovanni Busatto 等5人 · IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics · 2025年5月
氮化镓(GaN)晶体管因高功率密度和高效率在工业和汽车应用中日益流行,但可靠性和鲁棒性仍限制其广泛采用。短路(SC)鲁棒性已被广泛实验研究,但GaN HEMT短路条件运行仿真因缺乏准确模型描述漏电流崩塌和栅漏电流增加等主要现象而受限。本文提出650V/60A GaN HEMT漏极和栅极电流行为模型,集成到LTSpice制造商模型中。所提模型在GaN半桥短路期间确定漏极和栅极电流的精度显著提高,适用于其他650V GaN HEMT,成为仿真器件和设计有效短路保护电路的可靠工具。
解读: 该GaN短路建模技术对阳光电源GaN器件应用和保护电路设计有重要参考价值。行为模型可应用于ST储能变流器和SG光伏逆变器的GaN功率模块短路仿真,优化保护电路设计并提高可靠性。该技术对工商业光伏系统GaN逆变器的短路耐受性评估有指导意义。精确的短路模型对阳光电源GaN产品线的可靠性设计和测试验证有实...
基于双栅GaN HEMT的高功率耐受与紧凑型宽带电压可变衰减器
A Broadband Voltage Variable Attenuator With High-Power Tolerance and Compact Size Based on Dual-Gate GaN HEMTs
Zhifu Hu · Shaohua Zhou · Ruicong He · Qijun Zhang · IEEE Transactions on Power Electronics · 2023年5月
本文提出了一种基于双栅高电子迁移率晶体管（HEMT）的宽带电压可变衰减器（VVA）。通过采用分布式堆叠结构替代单栅HEMT，该方法在保证带宽和功率耐受性的前提下，显著减小了芯片面积并降低了成本，验证了其在高频功率控制中的应用潜力。
解读: 该研究聚焦于宽禁带半导体（GaN）在射频与高频功率控制领域的应用，展示了双栅结构在提升功率密度和集成度方面的优势。对于阳光电源而言，虽然目前核心产品线（如光伏逆变器、储能PCS）主要基于SiC和IGBT技术，但随着未来电力电子设备向更高频、更小型化方向演进，GaN器件在辅助电源、高频驱动电路及智能运...
肖特基型p-GaN栅HEMT的阈值电压
Vth）不稳定性对开关行为的影响
Xuyang Lu · Arnaud Videt · Soroush Faramehr · Ke Li 等7人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2024年9月
肖特基型p-GaN栅GaN HEMT存在阈值电压（Vth）不稳定性问题。在电压偏置下，器件会出现Vth的正向或负向漂移，但该现象对开关行为的影响研究尚不充分。本文深入探讨了Vth漂移对器件动态开关特性的影响机制。
解读: GaN作为第三代半导体，在阳光电源的高频、高功率密度产品（如户用光伏逆变器、微型逆变器及小型充电桩）中具有巨大应用潜力。p-GaN栅HEMT的Vth不稳定性直接关系到驱动电路设计的可靠性与开关损耗的稳定性。建议研发团队在评估GaN器件选型时，重点关注该类器件在长期高压偏置下的Vth漂移特性，并优化驱...
P-Gate GaN HEMT的栅极开关寿命：电路特性与广义模型
Gate Switching Lifetime of P-Gate GaN HEMT: Circuit Characterization and Generalized Model
Bixuan Wang · Qihao Song · Yuhao Zhang · IEEE Transactions on Power Electronics · 2024年12月
本文针对P-GaN栅极高电子迁移率晶体管（HEMT）在转换器运行中的栅极过压裕度小、可靠性受限的问题，研究了其在实际应用条件下的栅极可靠性。文章通过电路表征建立了广义寿命模型，旨在解决现有直流偏置和脉冲I-V测试无法完全反映实际应用场景的局限性。
解读: 随着阳光电源在户用光伏逆变器及高频充电桩领域对功率密度要求的不断提升，GaN器件的应用潜力巨大。本文提出的P-GaN栅极可靠性模型及开关寿命评估方法，对于公司研发部门在设计高频、高效功率模块时具有重要参考价值。建议在下一代小型化、高效率的户用逆变器及车载充电系统（OBC）的选型与驱动电路设计中，引入...
一种用于氮化镓电机驱动器的新型自适应死区时间控制方法
A Novel Adaptive Dead-Time Control Method for GaN-Based Motor Drives
Haihong Qin · Xiaoxue Zheng · Wenlu Wang · Qian Xun · IEEE Transactions on Energy Conversion · 2024年7月
与硅器件相比，氮化镓（GaN）器件更适合在电机驱动应用中实现高开关频率，从而提高功率密度。然而，提高开关频率也会导致额外的开关损耗和较差的总谐波失真（THD）。较小的死区时间可以缓解这些问题，但传统的恒定死区时间设计方法难以在所有负载范围内确保最佳性能。本文针对相臂中的氮化镓高电子迁移率晶体管（HEMT）提出了一种新颖的自适应死区时间控制方法，以同时提高电机驱动的效率和总谐波失真性能。为此，对双脉冲测试电路中氮化镓高电子迁移率晶体管的详细开关过程进行了建模和分析。揭示了死区时间设置的优化原理，考...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项基于GaN器件的自适应死区时间控制技术具有重要的战略价值。GaN功率器件相比传统Si器件能够实现更高的开关频率，这与我们在光伏逆变器和储能变流器领域追求高功率密度、小型化设计的目标高度契合。 该技术的核心创新在于通过动态调整死区时间来平衡开关损耗与总谐波畸变率（THD...
面向应用的氮化镓高电子迁移率晶体管阈值电压偏移——测试平台与实验结果
Application-Oriented Threshold Voltage Shift of GaN-HEMTs – Test Bench and Results
Benedikt Kohlhepp · Daniel Breidenstein · Niklas Stöcklein · Thomas Dürbaum 等5人 · IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics · 2025年9月
由于低导通电阻和快速开关特性，GaN-HEMT在高效功率变换器中具有广阔前景。然而，半导体结构中的电荷捕获效应会导致器件参数退化，除导通电阻恶化外，还引发阈值电压漂移，进而影响开关行为、增加损耗，并可能导致米勒自开启。数据手册通常未提供该效应的详细信息，设计者需自行测量。温度、漏极与栅极偏置及开关条件等多种因素影响电荷捕获，其时间常数从微秒至小时量级不等。为此，本文基于常规电力电子实验室设备，提出一种低成本、贴近实际应用工况的阈值电压测试方案。器件工作于硬开关或软开关模式，通过短时中断运行进行阈...
解读: 该GaN-HEMT阈值电压漂移测试技术对阳光电源功率器件应用具有重要价值。研究揭示硬开关下阈值电压漂移达1V（初始1.1V），直接影响ST储能变流器和SG光伏逆变器的开关损耗与可靠性。测试方法可应用于：1）ST系列储能PCS的GaN器件选型与驱动参数优化，避免米勒自开启风险；2）1500V光伏系统中...
基于GaN HEMT的单相逆变器散热器与输出滤波器体积权衡研究
Tradeoff Study of Heat Sink and Output Filter Volume in a GaN HEMT Based Single-Phase Inverter
Emre Gurpinar · Alberto Castellazzi · IEEE Transactions on Power Electronics · 2018年6月
本文研究了基于600V GaN HEMT的单相三电平有源中点钳位（ANPC）逆变器中，散热器与输出滤波器体积之间的权衡关系。旨在探索GaN器件在宽运行范围内对系统级效率和功率密度的提升潜力，为高功率密度逆变器设计提供理论依据。
解读: 该研究对阳光电源的户用及工商业组串式逆变器产品线具有重要参考价值。随着GaN等宽禁带半导体技术的成熟，在单相及小功率三相逆变器中应用GaN器件，可显著提升开关频率，从而减小磁性元件体积。本文提出的散热器与滤波器体积权衡模型，可指导阳光电源研发团队在追求极致功率密度的同时，优化热管理方案与EMI滤波设...
采用电压安全带抑制肖特基型p-GaN栅HEMT漏极偏压诱导的阈值电压不稳定性
Suppression of Drain-Bias-Induced VTH Instability in Schottky-Type p-GaN Gate HEMTs With Voltage Seatbelt
Junting Chen · Haohao Chen · Yan Cheng · Jiongchong Fang 等6人 · IEEE Transactions on Electron Devices · 2025年2月
本文提出了一种经济高效的方法，用于抑制肖特基型 p 型氮化镓（GaN）栅高电子迁移率晶体管（HEMT）中漏极偏置引起的阈值电压（ ${V} _{\text {TH}}$ ）不稳定性。所提出的器件在栅极到漏极的访问区域内的介电层上有一个与源极相连的金属层，该金属层起到电压安全带的作用，将从漏极到 p-GaN 区域的电压耦合限制在一个确定的范围内。通过调整所提出结构中的介电层厚度，在漏极电压（ ${V} _{\text {DS}}$ ）为 400 V 时，p-GaN 区域所承受的电压电位被限制在 3...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项p-GaN栅极HEMT器件的阈值电压稳定性改进技术具有重要的战略价值。该技术通过创新的"电压安全带"结构，有效解决了GaN功率器件在高压应用中的核心痛点，这与我们在光伏逆变器和储能变流器领域对高可靠性功率半导体的需求高度契合。 在技术价值层面，该方案展现出三个关键优势...
基于DHTOL测试研究GaN HEMT在重复漏源电压振荡下的开关可靠性
A DHTOL Test-Based Methodology to Investigate the Switching Reliability of GaN HEMTs Under Repeated Drain Voltage Ringing
Muhammed Ajmal C N · Bhanu Teja Vankayalapati · Sandeep R. Bahl · Fei Yang 等6人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2026年2月
动态高温工作寿命（DHTOL）测试是验证功率器件在实际系统运行模式下可靠性的关键手段。本文提出了一种基于DHTOL的测试方法，专门用于研究氮化镓（GaN）高电子迁移率晶体管（HEMT）在存在大漏源电压振荡应用场景下的开关可靠性，为宽禁带器件的寿命评估提供了新思路。
解读: 随着阳光电源在户用光伏逆变器及小型化储能产品中对高功率密度要求的提升，GaN器件的应用日益广泛。该文提出的DHTOL测试方法对于评估GaN器件在复杂开关瞬态下的长期可靠性具有重要参考价值。建议研发团队在引入GaN功率模块时，参考此方法建立针对性的动态应力测试标准，以规避高频开关引起的电压振荡导致的失...
氮化镓高电子迁移率晶体管
GaN-based HEMTs）击穿特性表征方法分析
Sheng Lei Zhao · Bin Hou · Wei Wei Chen · Min Han Mi 等8人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2016年2月
本文通过研究关断状态漏电流和击穿曲线，分析了GaN HEMT的击穿特性表征方法。研究发现，在七种常规击穿曲线中，仅有两种能通过传统三端击穿表征方法合理呈现，并针对其余五种击穿类型进行了深入探讨。
解读: 随着阳光电源在户用光伏逆变器及小型化充电桩领域对功率密度要求的不断提升，GaN器件的应用成为关键技术趋势。本文提出的击穿特性表征方法，对于优化阳光电源功率模块的选型、提升高频变换器的可靠性设计具有重要参考价值。建议研发团队将此表征方法引入GaN器件的入库测试与失效分析流程中，以更精准地评估器件在极端...
肖特基p-GaN栅极功率HEMT的正向阈值电压漂移：对温度、偏置和栅极漏电流的依赖性
Positive VTH Shift in Schottky p-GaN Gate Power HEMTs: Dependence on Temperature, Bias and Gate Leakage
Nicola Modolo · Carlo De Santi · Sebastien Sicre · Andrea Minetto 等7人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2024年6月
本文深入分析了增强型肖特基p-GaN栅极HEMT器件中正向阈值电压的不稳定性。通过定制的测试平台，研究了从微秒到数百秒时间跨度内，阈值电压漂移与电压、温度及栅极漏电流之间的依赖关系，为理解宽禁带器件的长期可靠性提供了关键数据支持。
解读: GaN器件作为下一代功率半导体，在阳光电源的户用光伏逆变器及小型化充电桩产品中具有极高的应用潜力，能显著提升功率密度和转换效率。本文研究的p-GaN栅极不稳定性是制约其大规模商业化应用的关键可靠性问题。建议阳光电源研发团队关注该漂移特性对逆变器长期运行中驱动电路设计及开关频率优化的影响，特别是在高温...
一种考虑动态CG(VDS, VGS)的P-GaN栅极HEMT开关瞬态分析模型
An Efficient Switching Transient Analytical Model for P-GaN Gate HEMTs With Dynamic CG(VDS, VGS)
Jiahong Du · Caien Sun · Qiuyi Tang · Bomin Jiang 等7人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2025年1月
准确的栅极电容模型对于氮化镓（GaN）高电子迁移率晶体管（HEMT）的开关瞬态分析至关重要。本文通过分析p-GaN/AlGaN/GaN栅极结构的充电过程，提出了一种考虑VDS和VGS双重依赖性的动态栅极电容CG(VDS, VGS)模型，并通过实测结果验证了该模型的有效性。
解读: 随着阳光电源在户用光伏逆变器及小型化储能产品中对高功率密度和高效率的需求日益增长，GaN器件的应用前景广阔。该研究提出的动态栅极电容模型能够更精确地预测GaN器件的开关损耗和瞬态特性，有助于优化驱动电路设计，减少电磁干扰（EMI）。建议研发团队在开发下一代高频、高效率组串式逆变器及微型逆变器时，引入...
Miller电路与RC网络集成用于GaN器件的负压栅极驱动
Integration of Miller Circuit with RC Network for Negative-Voltage Gate Drive of GaN Devices
Jianing Liang · Yue Wu · Huyong Ling · Xueqiang Zhang 等6人 · IEEE Transactions on Industry Applications · 2025年7月
串扰问题是增加氮化镓（GaN）高电子迁移率晶体管（HEMT）损耗并降低开关速度的主要因素之一。在实际应用中，GaN栅极驱动器基于RC电路或密勒电路。然而，RC电路缺乏串扰吸收路径，难以抑制串扰电压。相反，尽管密勒电路有吸收路径，但低阻抗回路会导致开关速度降低。为继承这两种常用方法的优点并避免其缺点，本文提出了一种将无源密勒钳位电路与RC电路集成的方法。该集成通过带无源控制P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管（PMOS）的RC延迟电路实现。带PMOS的RC延迟电路可调节密勒钳位电路的启动时间，因此，...
解读: 该GaN负压栅极驱动技术对阳光电源功率器件应用具有重要价值。在ST储能变流器和SG光伏逆变器中，GaN器件可实现更高开关频率和功率密度，但串扰导致的误开通风险制约其应用。该Miller-RC集成驱动方案通过抑制高dv/dt引起的栅源电压波动，可直接提升阳光电源GaN功率模块的可靠性。特别适用于车载O...
一种基于dVDS/dt检测的具有自适应消隐时间生成的GaN HEMT短路保护电路
A GaN HEMT Short-Circuit Protection Circuit With Adaptive Blanking Time Generation Based on dVDS/dt Detection
Jiahui Lv · Yuan Yang · Yang Wen · Xingfeng Du 等7人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2026年4月
氮化镓高电子迁移率晶体管（GaN HEMT）的短路保护对电力电子系统的可靠性至关重要。传统的去饱和检测法依赖于固定的消隐时间，若设置过长会导致短路期间功率损耗增加，引发热积累。本文提出了一种基于漏源电压变化率（dVDS/dt）检测的自适应消隐时间生成电路，旨在优化保护响应速度，提升GaN器件在短路故障下的可靠性。
解读: 随着阳光电源在户用光伏逆变器及小型化储能产品中对高功率密度要求的提升，GaN器件的应用潜力巨大。该研究提出的自适应短路保护技术，能够有效解决GaN器件在极端故障工况下的热应力问题，提升系统可靠性。建议研发团队关注该技术在下一代高频、高效率组串式逆变器及微型逆变器中的应用，通过优化驱动电路设计，在保证...
射频应力下SiC衬底AlGaN/GaN HEMT的可靠性评估
Reliability Assessment Of AlGaN/GaN HEMTs on the SiC Substrate Under the RF Stress
Niemat Moultif · Olivier Latry · Eric Joubert · Mohamed Ndiaye 等7人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2021年7月
本文研究了射频（RF）应力下AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管（HEMT）的可靠性。测试表明，尽管老化后栅极接触保持稳定，但器件的射频性能和直流参数出现退化。研究指出，这种退化主要源于热电子效应导致的栅源或栅漏区域体陷阱增加。
解读: 随着阳光电源在光伏逆变器和储能PCS领域对高功率密度和高效率的追求，宽禁带半导体（如GaN和SiC）的应用日益广泛。虽然本文聚焦于射频应力，但其揭示的热电子效应和体陷阱退化机制对功率器件的长期可靠性评估具有重要参考价值。建议研发团队在下一代高频组串式逆变器或小型化储能模块设计中，参考该研究的失效机理...
一种基于高阶时间导数非线性电流分量与先进神经网络算法的高效开关电流GaN HEMT模型
A High-Efficiency Switching Current Model for Power GaN HEMT Based on High-Order Time-Derivative Nonlinear Current Components and Advanced Neural Network Algorithms
Huikai Chen · Shulong Wang · Liutao Li · Hao Zhou 等7人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2025年9月
GaN HEMT因其优异的功率和频率特性在电力电子领域得到广泛应用。准确高效的器件模型对电路设计至关重要。本文提出了一种基于电流时间导数分量的新型建模方法，结合先进的静态和循环神经网络概念，实现了对GaN器件开关特性的高精度模拟。
解读: 随着阳光电源在户用光伏逆变器及小型化储能产品中对高功率密度要求的提升，GaN器件的应用已成为技术迭代的重要方向。该研究提出的基于神经网络的GaN高精度建模方法，能够有效解决传统物理模型在高速开关过程中的计算复杂性与精度平衡问题。建议研发团队将其应用于iSolarCloud智能运维平台下的数字孪生仿真...
肖特基型p-GaN栅HEMT中负栅极偏置引起的动态导通电阻退化
Negative Gate Bias Induced Dynamic ON-Resistance Degradation in Schottky-Type p-Gan Gate HEMTs
Zuoheng Jiang · Mengyuan Hua · Xinran Huang · Lingling Li 等7人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2022年5月
本文系统研究了关断状态栅极偏置（VGS,OFF）对商用肖特基型p-GaN栅HEMT动态导通电阻（RON）的影响。通过双脉冲测试和脉冲I-V系统，评估了在硬开关和软开关条件下，不同栅极和漏极偏置对动态RON的影响。研究发现，更负的VGS,OFF会导致更显著的动态RON退化。
解读: GaN作为宽禁带半导体，在阳光电源的高功率密度户用逆变器及小型化充电桩产品中具有重要应用前景。该研究揭示了p-GaN栅HEMT在负偏置下的动态导通电阻退化机制，对提升阳光电源产品的长期可靠性至关重要。建议研发团队在设计驱动电路时，优化负压关断策略，以抑制动态损耗增加。同时，该研究成果可指导iSola...
一种基于单片GaN集成电路的电源电压不敏感双晶体管PTAT/CTAT温度传感器
A Supply Voltage Insensitive Two-Transistor Temperature Sensor With PTAT/CTAT Outputs Based on Monolithic GaN Integrated Circuits
Ang Li · Fan Li · Kaiwen Chen · Yuhao Zhu 等8人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2023年9月
本文提出了一种基于氮化镓（GaN）MIS-HEMT的单片集成双晶体管（2T）温度传感器。通过调节耗尽型（D-mode）和增强型（E-mode）器件的栅极尺寸比，实现了传感器输出在PTAT（与绝对温度成正比）和CTAT（与绝对温度成反比）模式间的转换，且具备良好的电源电压不敏感特性。
解读: 随着阳光电源在光伏逆变器和储能系统（如PowerTitan系列）中对功率密度和效率要求的不断提升，GaN等宽禁带半导体技术的应用前景广阔。该研究提出的单片集成温度传感器方案，有助于实现GaN功率模块内部的高精度实时热监测。对于阳光电源而言，该技术可集成至下一代高频、高功率密度逆变器或充电桩的驱动电路...
重复短路应力下p-GaN栅HEMT的短路能力与器件不稳定性研究
Study of the Short-Circuit Capability and Device Instability of p-GaN Gate HEMTs by Repetitive Short-Circuit Stress
Ning Yang · Chaowu Pan · Zhen Wu · Pengxiang Bai 等9人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2024年2月
本文研究了肖特基型p-GaN栅高电子迁移率晶体管（HEMT）在不同应力参数下的重复短路（SC）退化行为。首次记录并分析了器件特性的恢复动力学，揭示了其退化机制。研究发现，在重复短路应力下，器件表现出显著的阈值电压（VTH）漂移等不稳定性。
解读: GaN器件作为宽禁带半导体的代表，在阳光电源的高功率密度户用逆变器及小型化充电桩产品中具有巨大的应用潜力。本文揭示的p-GaN栅HEMT在重复短路下的退化机制及恢复动力学，对于优化阳光电源产品的驱动电路设计、短路保护策略及器件选型具有重要参考价值。建议研发团队在开发下一代高频、高效电力电子变换器时，...
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