為了以整流方式獲得和諧同步的雙向電流控制，在半橋和全橋GaN 應用中必須具有互補驅動信號。為避免交叉傳導，有目的地將死區時間放置在驅動信號的高側和低側。對于快速開關，與死區時間相關的損耗實際上是不可忽視的。與交叉傳導概念相關的損失是通過確保額外的死區時間損失最小化來保持死區時間控制的準確性來控制的。1通過考慮上述所有討論，已經清楚地表明，在整個系統上電之前，診斷和消除電路和 GaN 半橋中存在的交叉傳導和潛在交叉傳導非常重要。有關本文的更多信息，請訪問此鏈接。

用于診斷交叉傳導的光隔離探頭

為了進行交叉傳導或潛在交叉傳導的診斷過程，最簡單和最真實的方法是借助存在于極端側(高側和低側驅動)的兩個探頭檢查死區時間信號)同時。各種挑戰與測量 GaN 驅動信號(特別是高端信號)的方法相關，并可能導致設計失敗。

共模抑制比

共模抑制比 (CMRR) 在診斷中起著重要作用。在進行測量時，CMRR 由 dVGS/dt 速率高于 1 V/ns 的 GaN 和邊緣速率決定。在系統中 CMRR 不足的情況下，測量會受到干擾，并且推斷是由高側源節點上存在的快速變化的電壓引起的。失真最有可能是由 (10 pF), 1,2在驅動器信號中引起的，這也稱為傳統的無源電壓證明，最終導致交叉傳導。

傳感回路面積的最小化

除了進行 CMRR，另一個關鍵路徑是通過 MMCX 連接器增強探頭的連通性，以提供完全屏蔽的信號路徑，從而實現傳感回路面積的最小化。在圖 1 和圖 2 中，分別記錄了在不同負載電流和 Rg.on 下測量存在于高側 VGS 的波形。2

圖 1：高側 Vgs 和低側 Vds

圖 2：不同 Rg_on 的高側 Vgs

GaN 用戶的沮喪因素

由于與測量系統相關的高成本以及信號路徑的敏感性，很少有 GaN 用戶會非常氣餒。大量 GaN 用戶正在努力尋找一些成本較低的方法來診斷 GaN 交叉傳導。

無需高側 VGS 感測的 GaN 交叉傳導診斷的建議解決方案 由于與用于診斷交叉傳導

的高側驅動信號的測量相關的風險，因此測量低側漏極電流是安全的. 圖 3 清楚地顯示了典型的 GaN HEMT 半橋硬開關導通轉換圖。雖然根據圖 3d 進行更精確的討論，但可以正確地說和看到，S1 兩端的電壓增加而 S2 兩端的電壓減少，電容器 C1 和 C2 分別充電和放電。4

圖 3：切換階段

二維電子氣

根據上面給出的描述可以看出，S2的二維電子氣(2DEG)處于導通階段，而S1的二維電子氣已經關閉。C1的充電電流流過S2，產生了電流沖擊。

電壓通信期間無反向恢復損耗

由于 GaN HEMT 中不存在固有體二極管，因此電壓通信 (t1~t2) 期間沒有反向恢復損耗。

低側漏極

的凸塊區域 低側漏極凸塊區域的唯一存在是由于電容 (Coss) 充電電流 Iqoss 產生的，該電流由相反的開關器件即 S1 產生，如 (1) 中清楚描述的。

Ip(t) = Iqoss (t) + I負載 (1)

其中，t1 小于 t，t 小于 t2

實驗驗證

以25mΩ RDS_on 650V GaN HEMT GS66516T為例，對該診斷進行了實驗驗證。這兩種情況，即無交叉傳導和有交叉傳導，都已在這方面使用，這已在圖 4 中的 GS66516T C oss曲線中清楚地顯示出來。

圖 4：Coss 曲線

無交叉傳導 無交叉傳導的

第一步是計算高邊 Coss 電荷 VDS=0~Vdc。第二步如圖5所示，它告訴我們通過記錄低側漏極電流來實現雙脈沖測試的過程。3無交叉傳導的第三步也是最后一步是關于計算圖 6 中清楚描繪的電流凸點面積，GS66516T 在 Iload = 23A 下的 ID 凸點比較，以及不同的 Rg 和圖。7、GS66516T 在 Iload = 23A 時的 ID 凸塊比較，具有不同的柵源電容。4

圖 5：雙脈沖測試

圖 6：不同 Rgon 的 ID 凸點比較

圖 7：不同柵源電容下的 ID 凸點比較

有交叉傳導

在這種診斷方法中，通過有意降低 Rg_on 和使用更高的截止驅動電壓來捕獲兩個普通的雙脈沖測試波形，但存在交叉傳導問題。

實驗驗證結果

在交叉傳導的情況下，問題是隨便診斷的，因為交叉傳導的碰撞電荷大于理論計算的值，而在沒有交叉傳導的情況下相差11 nC 介于測量的電流凸點 (133 nC) 和理論 Coss 電荷 (122 nC) 之間，該電荷完全由寄生電容 Cpcb 和 Cpl 貢獻。該值完全獨立于交叉傳導問題，因為它具有固定值。

結論

由于使用傳統探頭測量高側 VGS 存在各種相關挑戰，因此該解決方案已被用于診斷 GaN 半橋交叉傳導。例如，在此診斷的實驗驗證中給出了25-mΩ R DS(on) 650-V GaN HEMT GS66516T，包括有和無交叉傳導的方法。所有數據均來自真實來源。

審核編輯：湯梓紅