半桥GaN应用中的交叉传导解决方案

为了以整流方式获得和谐同步的双向电流控制，在半桥和全桥GaN 应用中必须具有互补驱动信号。为避免交叉传导，有目的地将死区时间放置在驱动信号的高侧和低侧。对于快速开关，与死区时间相关的损耗实际上是不可忽视的。与交叉传导概念相关的损失是通过确保额外的死区时间损失最小化来保持死区时间控制的准确性来控制的。1通过考虑上述所有讨论，已经清楚地表明，在整个系统上电之前，诊断和消除电路和 GaN 半桥中存在的交叉传导和潜在交叉传导非常重要。有关本文的更多信息，请访问此链接。

用于诊断交叉传导的光隔离探头

为了进行交叉传导或潜在交叉传导的诊断过程，最简单和最真实的方法是借助存在于极端侧(高侧和低侧驱动)的两个探头检查死区时间信号)同时。各种挑战与测量 GaN 驱动信号(特别是高端信号)的方法相关，并可能导致设计失败。

共模抑制比

共模抑制比 (CMRR) 在诊断中起着重要作用。在进行测量时，CMRR 由 dVGS/dt 速率高于 1 V/ns 的 GaN 和边缘速率决定。在系统中 CMRR 不足的情况下，测量会受到干扰，并且推断是由高侧源节点上存在的快速变化的电压引起的。失真最有可能是由 (10 pF), 1,2在驱动器信号中引起的，这也称为传统的无源电压证明，最终导致交叉传导。

传感回路面积的最小化

除了进行 CMRR，另一个关键路径是通过 MMCX 连接器增强探头的连通性，以提供完全屏蔽的信号路径，从而实现传感回路面积的最小化。在图 1 和图 2 中，分别记录了在不同负载电流和 Rg.on 下测量存在于高侧 VGS 的波形。2

图 1：高侧 Vgs 和低侧 Vds

图 2：不同 Rg_on 的高侧 Vgs

GaN 用户的沮丧因素

由于与测量系统相关的高成本以及信号路径的敏感性，很少有 GaN 用户会非常气馁。大量 GaN 用户正在努力寻找一些成本较低的方法来诊断 GaN 交叉传导。

无需高侧 VGS 感测的 GaN 交叉传导诊断的建议解决方案 由于与用于诊断交叉传导

的高侧驱动信号的测量相关的风险，因此测量低侧漏极电流是安全的. 图 3 清楚地显示了典型的 GaN HEMT 半桥硬开关导通转换图。虽然根据图 3d 进行更精确的讨论，但可以正确地说和看到，S1 两端的电压增加而 S2 两端的电压减少，电容器 C1 和 C2 分别充电和放电。4

图 3：切换阶段

二维电子气

根据上面给出的描述可以看出，S2的二维电子气(2DEG)处于导通阶段，而S1的二维电子气已经关闭。C1的充电电流流过S2，产生了电流冲击。

电压通信期间无反向恢复损耗

由于 GaN HEMT 中不存在固有体二极管，因此电压通信 (t1~t2) 期间没有反向恢复损耗。

低侧漏极

的凸块区域 低侧漏极凸块区域的唯一存在是由于电容 (Coss) 充电电流 Iqoss 产生的，该电流由相反的开关器件即 S1 产生，如 (1) 中清楚描述的。

Ip(t) = Iqoss (t) + I负载 (1)

其中，t1 小于 t，t 小于 t2

实验验证

以25mΩ RDS_on 650V GaN HEMT GS66516T为例，对该诊断进行了实验验证。这两种情况，即无交叉传导和有交叉传导，都已在这方面使用，这已在图 4 中的 GS66516T C oss曲线中清楚地显示出来。

图 4：Coss 曲线

无交叉传导 无交叉传导的

第一步是计算高边 Coss 电荷 VDS=0~Vdc。第二步如图5所示，它告诉我们通过记录低侧漏极电流来实现双脉冲测试的过程。3无交叉传导的第三步也是最后一步是关于计算图 6 中清楚描绘的电流凸点面积，GS66516T 在 Iload = 23A 下的 ID 凸点比较，以及不同的 Rg 和图。7、GS66516T 在 Iload = 23A 时的 ID 凸块比较，具有不同的栅源电容。4

图 5：双脉冲测试

图 6：不同 Rgon 的 ID 凸点比较

图 7：不同栅源电容下的 ID 凸点比较

有交叉传导

在这种诊断方法中，通过有意降低 Rg_on 和使用更高的截止驱动电压来捕获两个普通的双脉冲测试波形，但存在交叉传导问题。

实验验证结果

在交叉传导的情况下，问题是随便诊断的，因为交叉传导的碰撞电荷大于理论计算的值，而在没有交叉传导的情况下相差11 nC 介于测量的电流凸点 (133 nC) 和理论 Coss 电荷 (122 nC) 之间，该电荷完全由寄生电容 Cpcb 和 Cpl 贡献。该值完全独立于交叉传导问题，因为它具有固定值。

结论

由于使用传统探头测量高侧 VGS 存在各种相关挑战，因此该解决方案已被用于诊断 GaN 半桥交叉传导。例如，在此诊断的实验验证中给出了25-mΩ R DS(on) 650-V GaN HEMT GS66516T，包括有和无交叉传导的方法。所有数据均来自真实来源。

审核编辑：汤梓红