基于LTSpice的GaN開關損耗的仿真總結

一、概述

• ?提供模型?：GaN Systems為GaN增強型HEMT提供了Pspice/LTSpice仿真模型。
• ?測試電路?：本文介紹了一個在LTSpice中的半橋雙脈沖測試電路，用作評估不同電氣參數下開關性能的測試平臺。
• ?仿真與對比?：仿真了開關損耗，并與實驗室測量結果進行了對比。

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二、半橋雙脈沖測試電路設置

• ?仿真參數?：
  • .param VBUS = 400：直流母線電壓400V。
  • .param ISW = 30：開關電流30A。
  • .param RGON = 10：開通門極電阻10Ω。
  • .param RGOFF = 2：關斷門極電阻2Ω。
  • .param VDRV_P = 6：開通門極電壓+6V。
  • .param VDRV_N = 3：關斷門極電壓-3V。
  • .param DT = 100n：死區時間100ns。
  • .param T_ON = 2U：開通時間2μs。
  • .param L_DPT：根據開關電流設置的電感L_DPT。
  • .param T_P = 2.5U：總周期2.5μs。
  • .param L_GATE = 3N：門極電感3nH。
  • .param LS_EX = 10p：外部源電感10pH。
  • .param L_DS = 3N：功率環路電感3nH。
  • .option temp = 25：結溫設置為25°C，可在25至150°C之間調整。

三、仿真結果

• ?波形對比?：模擬波形與測量波形之間有良好的相關性，包括門極電壓V_GS的尖峰，該尖峰由自由輪設備的dv/dt（米勒反饋）引起。
• ?開關損耗?：
  • 開通損耗E_ON為106μJ（400V/30A條件下）。
  • 關斷損耗E_OFF為8μJ（400V/30A條件下）。
• ?損耗與溫度關系?：開通損耗隨結溫T_J增加而增加，因為高溫下跨導降低；關斷損耗對于GaN來說較低，且對溫度依賴性較小。
• ?損耗與門極電阻關系?：開關損耗隨門極電阻R_G增加而增加。

四、總結

• 使用LTSpice的半橋雙脈沖測試電路成功模擬了GaN E-HEMT的開關損耗。
• 仿真結果與實驗室測量結果吻合良好，盡管實際測量可能受多種因素影響。
• 該LTSpice測試電路為終端用戶提供了一個方便的仿真平臺，有助于熟悉GaN E-HEMT的開關特性，并輕松評估不同電氣參數對開關性能的影響。