該研究成果為：“A 600V GaN Active Gate Driver with Dynamic Feedback Delay Compensation Technique Achieving 22.5% Turn-on Energy Saving”，是一種針對(duì)第三代半導(dǎo)體GaN功率器件柵極控制的延時(shí)補(bǔ)償分段驅(qū)動(dòng)技術(shù)，可有效緩解開關(guān)損耗和EMI的折衷關(guān)系。該論文是中國(guó)大陸在ISSCC會(huì)議上發(fā)表的第一篇關(guān)于高壓（600V等級(jí)）GaN驅(qū)動(dòng)技術(shù)的論文。

 

GaN功率器件具有工作頻率高、導(dǎo)通電阻小、溫度特性好等優(yōu)點(diǎn)，已成為未來(lái)高功率密度電源系統(tǒng)的首選器件。

 

在高功率密度電源系統(tǒng)應(yīng)用中，如何降低系統(tǒng)EMI噪聲和損耗是當(dāng)前GaN功率驅(qū)動(dòng)芯片面臨的一個(gè)重要挑戰(zhàn)。孫偉鋒教授團(tuán)隊(duì)通過采用延時(shí)補(bǔ)償技術(shù)與分段控制技術(shù)相結(jié)合的方式，依靠相位檢測(cè)和動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，抵消檢測(cè)及控制延時(shí)的影響，有效降低dV/dt及開關(guān)損耗，并解決了柵極振蕩、誤導(dǎo)通、EMI噪聲等可靠性問題（圖1、圖2）。

 

與固定柵極電流驅(qū)動(dòng)技術(shù)相比，在100MHz頻率下，新技術(shù)的EMI噪聲在40V和400V工作電壓下分別降低6.3%與5.5%（圖3），同時(shí)，在相同dV/dt應(yīng)力條件下，重載開關(guān)損耗在40V和400V工作電壓下分別降低20.9%與22.5%（圖4）。

 

 

圖1 氮化鎵驅(qū)動(dòng)芯片延時(shí)補(bǔ)償分段驅(qū)動(dòng)技術(shù)結(jié)構(gòu)示意圖

 

 

圖2 通過反饋延時(shí)補(bǔ)償優(yōu)化分段驅(qū)動(dòng)的控制效果示意圖

 

 

圖3 分段驅(qū)動(dòng)技術(shù)與固定柵極電流驅(qū)動(dòng)技術(shù)EMI噪聲對(duì)比

 

 

圖4 分段驅(qū)動(dòng)技術(shù)與固定柵極電流驅(qū)動(dòng)技術(shù)開啟功耗對(duì)比

 

據(jù)悉，國(guó)際固態(tài)電路年度會(huì)議（ISSCC）始于1953年，通常是各個(gè)時(shí)期國(guó)際上最尖端固態(tài)電路技術(shù)最先發(fā)表之地。由于ISSCC在國(guó)際學(xué)術(shù)、產(chǎn)業(yè)界受到極大關(guān)注，因此被稱為集成電路行業(yè)的“奧林匹克大會(huì)”。本次東南大學(xué)的研究成果也得到了華潤(rùn)上華科技有限公司在工藝制備上的支持。