数字电源系统GaNHEMT级联结构原理与设计.docx

更新时间：2026-09-03 08:51:35 大小：40K 上传用户：他山之石可攻玉查看TA发布的资源 标签：数字电源系统 GaN HEMT 级联结构 STM32G474 逆变器 下载积分：2分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

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数字电源系统GaN HEMT级联结构原理与设计

1 级联结构概述

级联GaN HEMT（Cascode GaN HEMT）将耗尽型GaN HEMT（D-mode，常开型）与低压Si MOSFET（增强型，常关型）串联，形成常关型器件，兼容传统Si MOSFET的驱动电压（0~12V）。基于STM32G474的逆变器在采用级联GaN HEMT方案时，可使用标准Si MOSFET驱动芯片（12V驱动电压），无需专用GaN驱动芯片，降低设计复杂度与成本。级联结构的工作原理：Si MOSFET导通时，GaN HEMT的栅极与源极之间的电压差为零，GaN HEMT导通；Si MOSFET关断时，GaN HEMT的栅极电压变负，GaN HEMT关断。级联GaN HEMT的关键特性：额定电压650V，Rds(on)50~200mΩ，开关速度优于Si MOSFET但逊于增强型GaN HEMT。

2 级联结构工作原理

级联GaN HEMT的详细工作原理：

2.1 器件结构：耗尽型GaN HEMT（D-mode）与低压Si MOSFET（增强型，通常30V/40V）共源共栅串联。GaN HEMT的源极连接Si MOSFET的漏极，GaN HEMT的栅极连接Si MOSFET的源极。Si MOSFET的栅极作为级联器件的栅极输入（G），GaN HEMT的漏极作为级联器件的漏极输出（D），Si MOSFET的源极作为级联器件的源极（S）。

2.2 导通状态：Si MOSFET的栅极施加正电压（Vgs=10~12V），Si MOSFET导通。Si MOSFET导通后，GaN HEMT的源极（Si MOSFET漏极）电压接近源极电压，GaN HEMT的栅极-源极电压为零（V_gs_GaN=0V），GaN HEMT处于导通状态（耗尽型器件在Vgs=0V时导通）。级联器件的总导通电阻Rds(on)=Rds(on)_Si+Rds(on)_GaN。

2.3 关断状态：Si MOSFET的栅极施加零电压（Vgs=0V），Si MOSFET关断。Si MOSFET关断后，GaN HEMT的源极（Si MOSFET漏极）电压上升，GaN HEMT的栅极-源极电压变负（V_gs_GaN=V_s_GaN-V_g_GaN=V_s_MOSFET-0V），GaN HEMT关断。级联器件关断后，承受全部漏源电压。

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