Instability Analysis and Oscillation Suppression of Enhancement-Mode GaN Devices in Half-Bridge Circuits

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作者
Kangping Wang,Xu Yang,Laili Wang,Praveen Jain
出处
期刊:IEEE Transactions on Power Electronics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:33 (2): 1585-1596 被引量:136
标识
DOI:10.1109/tpel.2017.2684094
摘要

This paper analyzes the problem of instability in enhancement-mode gallium nitride (GaN) transistors based half-bridge circuits. The instability may cause sustained oscillation, resulting in overvoltage, excessive electromagnetic interference (EMI), and even device breakdown. GaN devices operate in the saturation region when they conduct reversely during the dead time. Under the influence of parasitic parameters, the GaN-based half-bridge circuit exhibits positive feedback under certain conditions, thus, resulting in sustained oscillation. A small-signal model is proposed to study this positive feedback phenomenon. Like the second-order under-damped system, damping ratio is defined to determine the system's stability. Based on the model, the influence of circuit parameters on instability is investigated and guidelines to suppress the oscillation are given. Reducing the common-source inductance, increasing the gate resistance of the inactive switch or connecting a diode in parallel to the inactive switch are some effective ways to suppress the oscillation. Finally, the analyses are verified by both simulation and experiment.
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