非分段GaN HEMT EF2类功率放大器理论研究

目前,增强型氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)的仿真模型存在仿真时间长、复杂度高且收敛性不好等问题。为了解决GaN HEMT器件在电力电子电路中仿真收敛性和准确性差的问题,提出一种非分段的GaN HEMT SPICE模型。使用非分段连续方程对GaN HEMT器件的静态和动态特性进行建模;再对GaN HEMT的输出特性进行仿真,并与Si MOSFET的仿真结果进行对比。仿真结果表明,所提模型的收敛性较好,收敛速度快,有较高的准确性。另外,将此模型应用于EF2类功率放大器中,研究该模型对传输效率的影响。仿真结果进一步表明:该模型具有良好的收敛性;且当开关频率为10~20 MHz,输入功率为75 W时,输出功率可达73 W,传输效率为95%,这也证明了GaN HEMT器件可以提高EF2类功率放大器的传输效率。

基于恒流源的增强型GaN动态导通电阻特性研究

动态导通电阻现象会导致GaN器件导通电阻增加,不仅会增大器件通态损耗,还会使器件温升更加显著,是限制GaN器件在高频度变换器中应用的重要因素之一。针对该现象,设计一种基于高速脉冲恒流源的动态导通电阻测试平台,并利用该平台分析了两款不同电压等级器件的导通电阻对断态电压应力、断态电压持续时间以及环境温度的影响。研究结果表明:当断态电压应力增大到两款器件各自额定电压的60%,两款器件的导通电阻分别较各自的标称值变化了15%和25%;断态电压持续时间增至100 s,两款器件的导通电阻分别较各自标称值变化了40%和81%;随着环境温度增大到125℃,两款器件的导通电阻分别较各自的标称值变化了102%和105%。GaN器件动态导通电阻现象较为显著,因此有必要在设计变换器时慎重地考虑GaN器件的工况,以保证在符合系统指标的前提下降低动态导通电阻的影响,从而提高GaN器件的效率。

沟槽式FS-IGBT各部分对其性能的影响研究

沟槽式FS-IGBT是当前IGBT中最为先进的结构,它结合PT-IGBT和NPT-IGBT各自的优点,具有较薄的N-区以及FS场截止层,能够使导通压降更低并且可以有效减少关断时间和关断损耗。主要通过仿真软件Sentaurus TCAD对FS-IGBT进行工艺与电学特性仿真,通过改变不同部分的参数,如栅极的长宽,N型漂移区的厚度,P-base区的注入剂量及能量等,研究对其性能的影响。结果表明栅极的长宽和漂移区厚度的增加会使BV变大,场截止层电阻率的增加会使导通电压变小,阈值电压会随着P-base区的注入剂量及能量的变大而变大。通过仿真结果得到了结构参数对器件性能的影响,为FS-IGBT的设计提供参考。

GaN器件阈值电压漂移特性的研究

氮化镓(GaN)器件的阈值电压V_(TH)漂移是栅极可靠性问题之一,但常用的栅极电压扫描测试方法复杂,应力长期作用下的VTH漂移特性尚不明确。文中基于恒流注入法测量V_(TH),设计测量所需的mA级恒流源,使用微处理器采集数据,设计输出幅值可调的驱动电路用于GaN器件栅极加速老化;研究温度和不同类型的栅极电压应力长时间作用时V_(TH)的漂移特性。结果表明:随着器件温度的升高,V_(TH)仅表现出正向漂移,温度由25℃增加至125℃,增量为100℃引起的漂移量可达0.22 V;恒压应力下,V_(TH)的漂移方向与应力幅值V_(G_Stress)有关,3 V≤V_(G_Stress)<5 V时,V_(TH)正漂移,5 V≤V_(G_Stress)≤7 V时,V_(TH)负漂移,V_(G_Stress)=7 V时漂移量达到-0.39 V;动态应力下,V_(TH)仅表现出负漂移,较低频率f的应力引起的漂移更为显著,f=100 kHz时的漂移量达到-0.4 V。GaN器件V_(TH)漂移现象显著,因此有必要通过优化芯片设计与制造工艺等手段抑制V_(TH)漂移,提高GaN功率器件栅极可靠性。

基于FPGA的线阵CCD驱动设计

电荷耦合器件(CCD)作为一种新型的光电器件,被广泛地应用于非接触测量。而CCD驱动设计是CCD应用的关键问题之一。为了克服早期CCD驱动电路体积大,设计周期长,调试困难等缺点,以线阵CCD图像传感器TCD1251UD为例,介绍一种利用可编程逻辑器件FPGA实现积分时间和频率同时可调的线阵CCD驱动方法,使用Verilog语言对驱动电路方案进行了硬件描述,采用QuartusⅡ对所设计的时序进行系统仿真。仿真结果表明,该驱动时序的设计方法是可行的。

集成PMOS管变容特性分析与仿真建模

为适应PMOS变容管在集成电路设计中的晶体管级仿真,在分析MOS变容管特性的基础上,通过确定关键点、以曲线拟合的方法建立与工艺参数相关的PMOS集成变容管高频特性模型。选用Charted 0.35μm这个特定的工艺库,并离散地改变电容连接的PMOS静态偏压、用HSpice仿真并对寄生电容提取后描绘出变容特性的准静态曲线;用Matlab对所建的简化高频变容模型进行仿真、得出高频变容曲线。仿真与理论结果相比较表明:PMOS管变容特性曲线与理论曲线的变化趋势吻合;2种仿真对变容显著区吻合较好。从而证明了PMOS集成变容管高频简化模型的正确性。

基于Proteus仿真的无线温度检测系统低功耗研究

为满足无线温度检测系统的小体积蓄电池自供电要求,进行系统低功耗设计研究。分析自供电无线温度检测系统的结构及工作原理,通过场效应管MOSFET-SI2302控制信号处理电路的关断,主控芯片休眠与工作模式的切换,无线数据传输模块的休眠与工作模式的切换共3种技术方案的协同,完成系统低功耗设计。通过电路仿真软件Proteus进行电路功耗仿真实验,实验结果表明提出的3种低功耗设计方案能显著降低系统功耗,能很好地解决无线温度检测系统的小体积蓄电池自供电问题。