華中科技大學集成電路學院童喬凌閔閏團隊多段式有源門極驅動芯片研究獲新進展

2025-08-04 11:42:12華中科技大學閱讀量：21557

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　　近日，集成電路學院童喬凌教授和閔閏副教授團隊在功率開關驅動領域的最新研究成果以“An Adaptive Three-stage GaN Gate Driver with Peak Miller Plateau Voltage Tracking and Voltage Tailing Suppression For 36.4% Switching Loss Reduction”為題，被集成電路設計領域頂級期刊IEEE Journal of Solid-State Circuits (JSSC)接收。

　　隨著數(shù)據(jù)中心、AI服務器及便攜設備對電源功率密度要求日益提高，GaN功率器件因開關速度快、體積小等優(yōu)勢成為高頻電源核心。然而，傳統(tǒng)驅動方案存在兩大瓶頸：1、米勒平臺階段啟動延遲：初始電壓變化率(dv/dt)過低，導致開關損耗增加；2、電壓拖尾效應：開關末期dv/dt驟降，延長電壓電流重疊時間。

　　針對GaN功率器件驅動瓶頸，團隊設計了一款自適應三段式有源門極驅動芯片，為高密度電源系統(tǒng)能效提升提供關鍵技術支撐。

圖1驅動芯片架構

圖2(a)芯片照片(b)雙脈沖測試結果

　　該芯片采用了三大創(chuàng)新設計：1、三段動態(tài)電流控制：在米勒平臺期智能切換驅動電流，使dv/dt近乎恒定；2、米勒平臺跨周期追蹤技術：實時追蹤米勒平臺峰值電壓，動態(tài)優(yōu)化電流切換點，解決負載波動導致的啟動延遲問題(降低慢啟動損耗46.1%)；3、快速拖尾抑制技術：基于柵極電壓突降檢測電壓拖尾起始點，精準觸發(fā)大電流加速關斷(降低拖尾損耗88.7%)。

　　芯片基于0.18μm BCD工藝制造。在400V/15A嚴苛測試中，dv/dt峰值在全開關過程中保持在45V/ns，單次開關損耗從114.8μJ降至73.0μJ。這是已報道GaN驅動芯片的最高能效紀錄。

　　集成電路學院童喬凌教授和閔閏副教授主要從事高功率密度電源專用芯片技術研究，共主持國家級縱向項目11項，主持企業(yè)橫向項目40余項。近五年發(fā)表中科院一區(qū)期刊論文20余篇(JSSC、TPEL、TIE、TII等)。設計的SiC驅動與脈沖電源被用于“天琴一號”型號任務，助力我國掌握“無拖曳控制”(世界唯二)。設計的車規(guī)級高邊開關驅動芯片先后通過AEC Q-100可靠性測試和冬季路測，在東風汽車量產(chǎn)裝車(猛士、風神、奕派)。

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