手把手，帶你解密GaN電源設(shè)計(jì)

作者：泰克科技

由于可以在較高頻率、電壓和溫度下工作且功率損耗較低，寬禁帶半導(dǎo)體（SiC 和GaN）現(xiàn)在配合傳統(tǒng)硅一同用于汽車和RF 通信等嚴(yán)苛應(yīng)用中。隨著效率的提高，對(duì)Si、SiC和GaN器件進(jìn)行安全、精確的測試，讓功率半導(dǎo)體設(shè)備更快上市并盡量減少設(shè)備現(xiàn)場出現(xiàn)的故障。

為幫助設(shè)計(jì)工程師厘清設(shè)計(jì)過程中的諸多細(xì)節(jié)問題，泰克與電源行業(yè)專家攜手推出“氮化鎵電源設(shè)計(jì)從入門到精通“8節(jié)系列直播課，氮化鎵電源設(shè)計(jì)從入門到精通，這個(gè)系列直播共分為八講，從0到1全面解密電源設(shè)計(jì)，帶工程師完整地設(shè)計(jì)一個(gè)高效氮化鎵電源，包括元器件選型、電路設(shè)計(jì)和PCB布線、電路測試和優(yōu)化技巧、磁性元器件的設(shè)計(jì)和優(yōu)化、環(huán)路分析和優(yōu)化、能效分析和優(yōu)化、EMC優(yōu)化和整改技巧、可靠性評(píng)估和分析。

第一步：元器件選型

對(duì)于工程師來說，GaN元器件相較于傳統(tǒng)的MOSFET而言有很多不同和優(yōu)勢，但在設(shè)計(jì)上也帶來一定挑戰(zhàn)。課程從硅、砷化鎵、碳化硅、氮化鎵材料特性對(duì)比展開，通過泰克儀器測試英飛凌GaN器件來進(jìn)行氮化鎵特性的測量與分析。方案配置：示波器MSO5+光隔離探頭TIVH08+電壓及電流探頭+電源和IGBT town 軟件

第二步：電路設(shè)計(jì)和PCB Layout

工程師既要在各種設(shè)計(jì)規(guī)則之間做出取舍，又要兼顧性能、工藝、成本等各方面，電路設(shè)計(jì)和PCB LAYOUT經(jīng)常是困擾很多工程師的難題。課程基于氮化鎵的電路設(shè)計(jì)和PCB LAYOUT展開深入探討和分析，詳細(xì)列舉氮化鎵與傳統(tǒng)的MOSFET設(shè)計(jì)上的區(qū)別，PCB LAYOUT相關(guān)注意事項(xiàng)等。

第三步：電路測試和優(yōu)化技巧

通過從低壓到高壓、從低頻到高頻、從控制信號(hào)到主電路工作、從開環(huán)到閉環(huán)等多方面的調(diào)試，實(shí)物測量與理論分析相結(jié)合，為工程師提供了明確的優(yōu)化思路。方案配置：參數(shù)化波形記錄器PCT 或 源表2410 + kickstart軟件。

第四步：磁性元器件的設(shè)計(jì)和優(yōu)化

基于GaN器件的LLC諧振變換器研究，不僅針對(duì)GaN器件LLC諧振變換器的基本拓?fù)浜驮矸治觯€詳細(xì)介紹了GaN器件對(duì)諧振變換器性能的提升。通過變換器模型根據(jù)諧振頻率對(duì)諧振電感和主變壓器進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過泰克示波器進(jìn)行磁性分析。方案配置：示波器MSO56+5-PWR+電源探頭。

第五步：環(huán)路分析和優(yōu)化

穩(wěn)定的反饋環(huán)路對(duì)開關(guān)電源非常重要，本場直播為大家?guī)硐到y(tǒng)中反饋環(huán)路的作用，并詳細(xì)介紹了系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求和系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中的性能指標(biāo)，突出了補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的重要性，以及詳盡講解了常用的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)和設(shè)計(jì)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的步驟。方案配置：示波器MSO54+AFG 選件+5-PWR+信號(hào)注入器J2100A+2 根1X探頭。

第六步：能效分析和優(yōu)化

詳細(xì)介紹瞬態(tài)干擾（EMS）的存在方式和對(duì)電子設(shè)備影響，其次對(duì)EMI關(guān)鍵的波形進(jìn)行定量的計(jì)算分析；并分別以寄生天線和PCB板的角度對(duì)EMI進(jìn)行信號(hào)來源進(jìn)行大量實(shí)測分析。通過理論與實(shí)測相結(jié)合，為工程師帶來一場精彩的EMI的優(yōu)化和整改技巧。方案配置：PA1K/3K+PWRview 軟件。

第七步：EMC優(yōu)化和整改技巧

除了對(duì)電源概念進(jìn)行說明，還根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電源測試規(guī)范進(jìn)行介紹。詳實(shí)講解了電源能效測試的目的、設(shè)備、環(huán)境、方法和主要參數(shù)的計(jì)算等。并通過優(yōu)化變壓器、半導(dǎo)體、PFC電路、主變換器和次級(jí)電路來提升產(chǎn)品能效的途徑。方案配置：RSA頻譜儀+EMCvu+探頭。

第八步：可靠性評(píng)估和分析

三種電源的可靠性，主要分為：1）根據(jù)電磁兼容可靠性EMC，講解了關(guān)于影響EMS和EMI的各類因素；2）電源平均無故障時(shí)間MTBF，詳細(xì)闡述與MTBF相關(guān)概念、實(shí)際意義和計(jì)算過程，以及評(píng)價(jià)MTBF的重要指標(biāo)；3）PCB LAYOUT可靠性：分別針對(duì)PCB銅箔、元器件方向、貼片元器件對(duì)PCB LAYOUT可靠性影響這三個(gè)方面，給出一定的設(shè)計(jì)意見指導(dǎo)及相關(guān)注意事項(xiàng)。方案配置：數(shù)字萬用表DAQ6510+Kickstar 軟件+熱電偶。

對(duì)Si、SiC和GaN器件進(jìn)行安全、精確測試，觀看視頻、了解更多功率器件標(biāo)定與選擇，https://www.tek.com.cn/power-efficiency/characterization-of-power-semiconductor。

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