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致工程师系列之三：高效GaN电源设计八部曲，泰克系列视频课堂实操秘籍



手把手，带你解密GaN电源设计
作者：泰克科技
由于可以在较高频率、电压和温度下工作且功率损耗较低，宽禁带半导体（SiC 和 GaN）现在配合传统硅一同用于汽车和 RF 通信等严苛应用中 。随着效率的提高，对Si、SiC和GaN器件进行安全、精确的测试，让功率半导体设备更快上市并尽量减少设备现场出现的故障 。
为帮助设计工程师厘清设计过程中的诸多细节问题，泰克与电源行业专家携手推出“氮化镓电源设计从入门到精通“8节系列直播课，氮化镓电源设计从入门到精通，这个系列直播共分为八讲，从0到1全面解密电源设计，带工程师完整地设计一个高效氮化镓电源，包括元器件选型、电路设计和PCB布线、电路测试和优化技巧、磁性元器件的设计和优化、环路分析和优化、能效分析和优化、EMC优化和整改技巧、可靠性评估和分析 。
致工程师系列之三：高效GaN电源设计八部曲，泰克系列视频课堂实操秘籍
文章插图
第一步：元器件选型
对于工程师来说，GaN元器件相较于传统的MOSFET而言有很多不同和优势，但在设计上也带来一定挑战 。课程从硅、砷化镓、碳化硅、氮化镓材料特性对比展开，通过泰克仪器测试英飞凌GaN器件来进行氮化镓特性的测量与分析 。方案配置：示波器MSO5+光隔离探头TIVH08+电压及电流探头+电源和IGBT town 软件
第二步：电路设计和PCB Layout
工程师既要在各种设计规则之间做出取舍，又要兼顾性能、工艺、成本等各方面，电路设计和PCB LAYOUT经常是困扰很多工程师的难题 。课程基于氮化镓的电路设计和PCB LAYOUT展开深入探讨和分析，详细列举氮化镓与传统的MOSFET设计上的区别，PCB LAYOUT相关注意事项等 。
第三步：电路测试和优化技巧
通过从低压到高压、从低频到高频、从控制信号到主电路工作、从开环到闭环等多方面的调试，实物测量与理论分析相结合，为工程师提供了明确的优化思路 。方案配置：参数化波形记录器PCT 或 源表2410 + kickstart软件 。
第四步：磁性元器件的设计和优化
基于GaN器件的LLC谐振变换器研究，不仅针对GaN器件LLC谐振变换器的基本拓扑和原理分析，还详细介绍了GaN器件对谐振变换器性能的提升 。通过变换器模型根据谐振频率对谐振电感和主变压器进行设计，通过泰克示波器进行磁性分析 。方案配置：示波器MSO56+5-PWR+电源探头 。
第五步：环路分析和优化
稳定的反馈环路对开关电源非常重要，本场直播为大家带来系统中反馈环路的作用，并详细介绍了系统稳定性的要求和系统在实际应用中的性能指标，突出了补偿网络的重要性，以及详尽讲解了常用的补偿网络和设计补偿网络的步骤 。方案配置：示波器MSO54+AFG 选件+5-PWR+信号注入器 J2100A+2 根 1X探头 。
第六步：能效分析和优化
详细介绍瞬态干扰（EMS）的存在方式和对电子设备影响，其次对EMI关键的波形进行定量的计算分析；并分别以寄生天线和PCB板的角度对EMI进行信号来源进行大量实测分析 。通过理论与实测相结合，为工程师带来一场精彩的EMI的优化和整改技巧 。方案配置：PA1K/3K+PWRview 软件 。
第七步：EMC优化和整改技巧
除了对电源概念进行说明，还根据国家标准对电源测试规范进行介绍 。详实讲解了电源能效测试的目的、设备、环境、方法和主要参数的计算等 。并通过优化变压器、半导体、PFC电路、主变换器和次级电路来提升产品能效的途径 。方案配置：RSA频谱仪+EMCvu+探头 。
第八步：可靠性评估和分析
【致工程师系列之三：高效GaN电源设计八部曲，泰克系列视频课堂实操秘籍】三种电源的可靠性，主要分为：1）根据电磁兼容可靠性EMC，讲解了关于影响EMS和EMI的各类因素；2）电源平均无故障时间MTBF，详细阐述与MTBF相关概念、实际意义和计算过程，以及评价MTBF的重要指标；3）PCB LAYOUT可靠性：分别针对PCB铜箔、元器件方向、贴片元器件对PCB LAYOUT可靠性影响这三个方面，给出一定的设计意见指导及相关注意事项 。方案配置：数字万用表DAQ6510+Kickstar 软件+热电偶 。

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