◆ 前言：◆
众所周知，CMOS反相器和DRAM是组成数字信号处理器的两个基本单元。几十年的发展，通过利用摩尔定律提高反相器的开关速度和存储器的存储密度已经产生了难以想象的许多应用。电能的处理是基于两个功能模块：电感和电容的能量存储器，以及开关电源。为了进一步减小系统的尺寸并提高系统的性能，发展更高开关频率的新型功率器件一直是业界追求的目标。 功率MOSFET自从20世纪70年代中期发展以来，由于具有更高的开关速度，已经在很多应用领域代替了双极型晶体管。时至今日，功率MOSFET已经发展到了理论极限，所以必须借助于软开关技术才可以进一步减少器件的开关损耗。然而，因为栅极驱动损耗仍然很大，所以限制了开关频率只有几万赫兹。
最近发展起来的GaN功率器件大大改善了品质因数，打开了通往兆赫兹工作频率的大门。本书通过介绍GaN功率技术的一些设计实例和参考文献，表明GaN功率器件的功率密度提高了5～10倍。然而，我们相信GaN功率器件潜在的贡献不只是提高了效率和功率密度，它可能对我们的设计方法产生很大的影响，包括转换模式。
功率电子学是一门交叉学科。功率电子系统的基本组成包括开关、能量存储器、电路拓扑、系统封装、电磁兼容、热管理、EMC/EMI和制造等。当开关频率比较低时，这些组件之间的耦合比较小，当前是利用分离组件的设计方法解决这些问题。当设计的系统具有更高的频率时，组件通过紧密布局以最小化可能的寄生效应，这不可避免地引入了不需要的电磁耦合和热相互作用。
组件和电路之间这种日益复杂的关系需要更加系统化的设计方法，必须同时考虑电、磁、机械和热等因素。而且，所有的组件必须同时正常工作，这些挑战促使电路设计者追求更加系统化的设计方法。对于功率电子系统，需要在功能级和子系统级都具有可行性和实用性。这些集成组件作为系统进一步集成化的基本构建模块，与数字电子系统相同，用这种方式可以使用标准化的组件实现。并且，大规模化制造将使功率电子器件的成本显著降低。
GaN技术将为今后的研究和技术创新提供发展机遇。Alex Lidow博士在本书中提到，功率MOSFET花费了30多年的时间才达到当前的发展程度。然而GaN功率技术仍处于发展的初期阶段，所以需要时刻关注一些技术方面的挑战。本书比较详细地分析了以下几点问题：
1）高的dv/dt和di/dt说明现在大多数商用化的栅极驱动电路不适合用于GaN功率器件。第3章提供了很多在栅极驱动电路设计方面的重要方法。
2）器件封装和电路布局至关重要，需要控制寄生效应不必要的影响，对此，需要软切换技术。有关封装和布局的一些重要问题在本书的第4～6章中详细介绍。
3）高频设计也很关键，当开关频率超过2～3MHz时，磁性材料的选择变得有限。另外，必须探索更具创造性的高频磁性设计方法。最近发表的论文提出了新的设计方法，这些新的设计方法与常规方法不同，获得了有价值的新结果。
4）高频对EMI/EMC的影响尚待探索。
Alex Lidow博士是功率半导体领域备受尊敬的研究者，他一直处于新技术引领发展的前沿。他在担任国际整流器公司首席执行官的同时，在21世纪初发起了GaN技术的研究。他还带领团队开发了第一款集成的DrMOS和DirectFET，现在这些集成器件用于为新一代微处理器和许多其他应用提供电能。
《氮化镓功率晶体管——器件、电路与应用》（原书第2版）给功率半导体工程师提供了非常有价值的资料参考，从GaN器件物理、GaN器件特性和器件建模到器件和电路布局的考虑，以及栅极驱动设计，硬开关和软开关的设计考虑等方面进行了分析。此外，本书还进一步分析了GaN技术的新应用。
本书的四位作者中有三位来自美国电力电子系统中心（CPES），他们与Alex Lidow博士一起努力开发新一代宽带隙功率开关技术，这种新型宽带隙功率开关技术是对传统开关技术的挑战。
李泽元博士
美国电力电子系统中心主任
弗吉尼亚理工大学杰出教授
| 
/2 
eetop公众号
创芯大讲堂
创芯人才网
发表于 2021-8-4 11:46:55
