氮化镓功率晶体管——器件、电路与应用(原书第3版)

译者序
原书前言
致谢
第1章 GaN技术概述1
1.1硅功率MOSFET（1976～2010年）1
1.2GaN基功率器件1
1.3GaN和SiC材料与硅材料的比较2
1.3.1禁带宽度Eg3
1.3.2临界电场Ecrit3
1.3.3导通电阻RDS（on）3
1.3.4二维电子气4
1.4GaN晶体管的基本结构5
1.4.1凹槽栅增强型结构6
1.4.2注入栅增强型结构7
1.4.3pGaN栅增强型结构7
1.4.4混合增强型结构7
1.4.5GaN HEMT反向导通8
1.5GaN晶体管的制备9
1.5.1衬底材料的选择9
1.5.2异质外延技术10
1.5.3晶圆处理11
1.5.4器件与外部的电气连接12
1.6GaN集成电路13
1.7本章小结16
参考文献16
第2章 GaN晶体管的电气特性19
2.1引言19
2.2器件的额定值19
2.2.1漏源电压19
2.3导通电阻RDS(on)23
2.4阈值电压25
2.5电容和电荷27
2.6反向传输29
2.7本章小结31
参考文献31
第3章 GaN晶体管的驱动特性33
3.1引言33
3.2栅极驱动电压34
3.3栅极驱动电阻36
3.4用于栅极注入晶体管的电容电流式栅极驱动电路37
3.5dv/dt抗扰度39
3.5.1导通时dv/dt控制39
3.5.2互补器件导通39
3.6di/dt抗扰度42
3.6.1器件导通和共源电感42
3.6.2关断状态器件di/dt43
3.7自举和浮动电源 43
3.8瞬态抗扰度46
3.9考虑高频因素48
3.10增强型GaN晶体管的栅极驱动器48
3.11共源共栅、直接驱动和高压配置49
3.11.1共源共栅器件49
3.11.2直接驱动器件51
3.11.3高压配置51
3.12本章小结52
参考文献52
第4章 GaN晶体管电路布局56
4.1引言56
4.2减小寄生电感56
4.3常规功率回路设计58
4.3.1横向功率回路设计58
4.3.2垂直功率回路设计59
4.4功率回路的优化59
4.4.1集成对于寄生效应的影响60
4.5并联GaN晶体管61
4.5.1单开关应用中的并联GaN晶体管61
4.5.2半桥应用中的并联GaN晶体管64
4.6本章小结66
参考文献67
第5章 GaN晶体管的建模和测量68
5.1引言68
5.2电学建模68
5.2.1建模基础68
5.2.2基础建模的局限性70
5.2.3电路模拟的局限性72
5.3GaN晶体管性能测量73
5.3.1电压测量要求75
5.3.2探测和测量技术77
5.3.3测量未接地参考信号79
5.3.4电流测量要求80
5.4本章小结80
参考文献81
第6章 散热管理83
6.1引言83
6.2热等效电路83
6.2.1引线框架封装中的热阻83
6.2.2芯片级封装中的热阻84
6.2.3结-环境热阻85
6.2.4瞬态热阻86
6.3使用散热片提高散热能力87
6.3.1散热片和热界面材料的选择87
6.3.2用于底部冷却的散热片附件88
6.3.3用于多边冷却的散热片附件89
6.4系统级热分析90
6.4.1具有分立GaN晶体管的功率级热模型90
6.4.2具有单片GaN集成电路的功率级热模型92
6.4.3多相系统的热模型93
6.4.4温度测量94
6.4.5实验表征96
6.4.6应用实例98
6.5本章小结101
参考文献102
第7章 硬开关拓扑105
7.1引言105
7.2硬开关损耗分析105
7.2.1GaN晶体管的硬开关过程106
7.2.2输出电容COSS损耗108
7.2.3导通重叠损耗110
7.2.4关断重叠损耗116
7.2.5栅极电荷QG损耗118
7.2.6反向导通损耗PSD118
7.2.7反向恢复电荷QRR损耗123
7.2.8硬开关品质因数123
7.3寄生电感对硬开关损耗的影响124
7.3.1共源电感LCS的影响125
7.3.2功率回路电感对器件损耗的影响126
7.4频率对磁特性的影响129
7.4.1变压器129
7.4.2电感130
7.5降压变换器实例130
7.5.1与实验测量值比较135
7.5.2考虑寄生电感136
7.6本章小结139
参考文献139
第8章 谐振和软开关变换器141
8.1引言141
8.2谐振与软开关技术141
8.2.1零电压开关和零电流开关141
8.2.2谐振DC-DC变换器142
8.2.3谐振网络组合142
8.2.4谐振网络工作原理143
8.2.5谐振开关单元144
8.2.6软开关DC-DC变换器144
8.3谐振和软开关应用中的关键器件参数145
8.3.1输出电荷QOSS145
8.3.2通过制造商数据表确定输出电荷145
8.3.3GaN晶体管和硅 MOSFET输出电荷比较147
8.3.4栅极电荷QG148
8.3.5谐振和软开关应用中栅极电荷的确定148
8.3.6GaN晶体管和硅MOSFET栅极电荷比较148
8.3.7GaN晶体管和硅 MOSFET性能指标比较149
8.4高频谐振总线变换器实例150
8.4.1谐振GaN和硅总线变换器设计152
8.4.2GaN和硅器件比较153
8.4.3零电压开关转换153
8.4.4效率和功率损耗比较155
8.4.5器件进一步改进对性能的影响157
8.5本章小结158
参考文献158
第9章 射频性能160
9.1引言160
9.2射频晶体管和开关晶体管的区别161
9.3射频基础知识162
9.4射频晶体管指标163
9.4.1射频晶体管高频特性的确定164
9.4.2考虑散热的脉冲测试165
9.4.3s参数分析166
9.5使用小信号s参数的放大器设计169
9.5.1条件稳定的双边晶体管放大器设计169
9.6放大器设计实例170
9.6.1匹配和偏置器的网络设计172
9.6.2实验验证174
9.7本章小结176
参考文献177
第10章 DC-DC功率变换179
10.1引言179
10.2非隔离DC-DC变换器179
10.2.1带分立器件的12VIN-1.2VOUT降压变换器179
10.2.212VIN-1VOUT单片半桥集成电路负载点模块183
10.2.3更高频12VIN单片半桥集成电路负载点模块185
10.2.428VIN-3.3VOUT负载点模块187
10.2.5大电流应用中带并联GaN晶体管的48VIN-12VOUT降压变换器187
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