近年来,在电源转换技术的应用中,高集成度的Si基功率半导体器件有了显著的发展。但随着高频和高功率密度转换器的应用需求不断增加,传统的基于Si技术的解决方案由于其自身的物理极限,正不断地面临挑战,与此同时,作为第三代宽禁带半导体的GaN材料逐渐进入人们的视野。GaN器件具有导通电阻R_dson小、栅极电荷Q_g小、无反向恢复效应等优点,更适用于高功率密度应用,其高压、低压应用在AC-DC电源转换中高效配合,但是极端的应用条件会带来一系列的可靠性问题,因此,对GaN器件以及其驱动可靠性的研究非常有必要。目前商用产品主要是增强型GaN器件,如pGaN或是cascode器件。但在实际应用中,pGaN器件的阈值电压小、栅源耐压小,会增加驱动电路的设计难度;cascode器件实际驱动的是Si基器件,仍有栅极电荷大、体二极管的反向恢复等问题,且cascode器件的驱动环路寄生参数较大。本文采用耗尽型GaN的直接驱动方案,直接利用负压对耗尽型GaN器件进行驱动,相比传统的cascode驱动方案更具优势。本文针对器件的过温、过流、栅源击穿等可靠性问题进行研究,这些异常状态会引起器件工作时的电学特性漂移,严重将可能损毁功率器件。由于GaN器件与Si基驱动芯片不能做在同一个晶元上,因此若要保护GaN器件、检测器件状态,需要芯片间的交互设计,难以实现片上集成。本文以直接驱动的耗尽型GaN器件作为功率级,设计了高可靠性的驱动系统方案,解决了在系统上电时直接驱动中GaN器件和低压Si基MOS器件的耐压问题;相对于传统驱动无法检测GaN器件状态的方案,提出了驱动芯片片上集成的过温保护和过流保护方案;驱动系统中各电源依次上电,各子模块间配合工作,能保证GaN器件的正常工作,器件产生异常及时反馈,异常状态下采用“打嗝模式”工作。本文基于60 V 0.35μm BCD工艺,利用Cadence仿真平台对子电路和可靠性增强系统进行电路仿真、功能验证和关键数据整理分析,在400 V输入、1 MHz开关频率的条件下,保证器件工作在理想状态,从上电到正常工作的过程中均不会产生功率器件电压超过其耐压范围的情况,当GaN器件电流超过35 A或温度超过160℃时,保护电路及时反馈并让系统进入休眠状态,0.5 ms后器件状态恢复正常,系统自动重启。