手把手，帶你解密GaN電源設計

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，寬禁帶半導體（SiC 和 GaN）現在配合傳統硅一同用于汽車和 RF 通信等嚴苛應用中。隨著效率的提高，對Si、SiC和GaN器件進行安全、精確的測試，讓功率半導體設備更快上市并盡量減少設備現場出現的故障。

為幫助設計工程師厘清設計過程中的諸多細節問題，泰克與電源行業專家攜手推出“氮化鎵電源設計從入門到精通“8節系列直播課，氮化鎵電源設計從入門到精通，這個系列直播共分為八講，從0到1全面解密電源設計，帶工程師完整地設計一個高效氮化鎵電源，包括元器件選型、電路設計和PCB布線、電路測試和優化技巧、磁性元器件的設計和優化、環路分析和優化、能效分析和優化、EMC優化和整改技巧、可靠性評估和分析。

第一步：元器件選型

對于工程師來說，GaN元器件相較于傳統的MOSFET而言有很多不同和優勢，但在設計上也帶來一定挑戰。課程從硅、砷化鎵、碳化硅、氮化鎵材料特性對比展開，通過泰克儀器測試英飛凌GaN器件來進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：電路設計和PCB Layout

工程師既要在各種設計規則之間做出取舍，又要兼顧性能、工藝、成本等各方面，電路設計和PCB LAYOUT經常是困擾很多工程師的難題。課程基于氮化鎵的電路設計和PCB LAYOUT展開深入探討和分析，詳細列舉氮化鎵與傳統的MOSFET設計上的區別，PCB LAYOUT相關注意事項等。

第三步：電路測試和優化技巧

通過從低壓到高壓、從低頻到高頻、從控制信號到主電路工作、從開環到閉環等多方面的調試，實物測量與理論分析相結合，為工程師提供了明確的優化思路。方案配置：參數化波形記錄器PCT 或 源表2410 + kickstart軟件。

第四步：磁性元器件的設計和優化

基于GaN器件的LLC諧振變換器研究，不僅針對GaN器件LLC諧振變換器的基本拓撲和原理分析，還詳細介紹了GaN器件對諧振變換器性能的提升。通過變換器模型根據諧振頻率對諧振電感和主變壓器進行設計，通過泰克示波器進行磁性分析。方案配置：示波器MSO56+5-PWR+電源探頭。

第五步：環路分析和優化

穩定的反饋環路對開關電源非常重要，本場直播為大家帶來系統中反饋環路的作用，并詳細介紹了系統穩定性的要求和系統在實際應用中的性能指標，突出了補償網絡的重要性，以及詳盡講解了常用的補償網絡和設計補償網絡的步驟。方案配置：示波器MSO54+AFG 選件+5-PWR+信號注入器 J2100A+2 根 1X探頭。

第六步：能效分析和優化

詳細介紹瞬態干擾（EMS）的存在方式和對電子設備影響，其次對EMI關鍵的波形進行定量的計算分析；并分別以寄生天線和PCB板的角度對EMI進行信號來源進行大量實測分析。通過理論與實測相結合，為工程師帶來一場精彩的EMI的優化和整改技巧。方案配置：PA1K/3K+PWRview 軟件。

第七步：EMC優化和整改技巧

除了對電源概念進行說明，還根據國家標準對電源測試規范進行介紹。詳實講解了電源能效測試的目的、設備、環境、方法和主要參數的計算等。并通過優化變壓器、半導體、PFC電路、主變換器和次級電路來提升產品能效的途徑。方案配置：RSA頻譜儀+EMCvu+探頭。

第八步：可靠性評估和分析

三種電源的可靠性，主要分為：1）根據電磁兼容可靠性EMC，講解了關于影響EMS和EMI的各類因素；2）電源平均無故障時間MTBF，詳細闡述與MTBF相關概念、實際意義和計算過程，以及評價MTBF的重要指標；3）PCB LAYOUT可靠性：分別針對PCB銅箔、元器件方向、貼片元器件對PCB LAYOUT可靠性影響這三個方面，給出一定的設計意見指導及相關注意事項。方案配置：數字萬用表DAQ6510+Kickstar 軟件+熱電偶。

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