[2018年IEEE第六届宽禁带功率器件与应用研讨会(WiPDA) - 美国佐治亚州亚特兰大市(2018.10.31-2018.11.2)] 2018年IEEE第六届宽禁带功率器件与应用研讨会(WiPDA) - 高密度氮化镓基功率级热特性分析与设计

摘要： 本文提出一种提取高密度氮化镓（GaN）基功率级热等效电路的方法，以48V转12V的GaN基同步降压转换器为测试平台。该测试装置通过测量半桥中两个场效应管（FET）的导通电阻Rds,on来计算结温，同时利用电流源在每个器件和输出滤波电感中产生功耗。独立控制两个栅极电压可实现两FET间功耗的对称或非对称分配，并通过比较这些结果来计算它们之间的耦合与非耦合热阻。对滤波电感的热相互作用也进行了类似建模。研究表征了采用裸PCB且无散热器的基准热设计方案，以及包含散热器、间隙垫片、间隙填充物和塑料垫片的改进热解决方案。每种配置均在三种气流条件下进行测试，并利用所得热模型估算在不使任一FET超过100°C的前提下所能承受的最大电流能力。与基准设计相比，所提出的热解决方案使最大电流处理能力提升了60%以上。