低压氮化镓器件在高频功率变换器中的应用研究

发布时间：2021-03-20 05:08

　　随着电力电子技术的进步,小功率开关电源的发展方向趋于高频化与小型化,人们对其高效与高功率密度的需求日益强烈。继硅和砷化镓之后,半导体材料出现了第三代以氮化镓为代表的宽禁带半导体材料,其特点包括临界击穿电场高、饱和电子速度高、电子密度高、电子迁移率高及导热率高等,是一种适用于高频、高压、高温、大功率的抗福射等级高的半导体材料。作为新一代半导体器件,GaN器件具有替代逐渐达到理论极限的硅功率半导体器件的趋势。Si MOSFET越来越难满足未来功率变换装置的要求,因此,氮化镓功率晶体管应运而生。本文将EPC公司的低压氮化镓器件作为研究对象,首先介绍了本课题的研究背景与意义,氮化镓发展历程与发展现状。对氮化镓材料、器件与硅材料、器件进行对比分析,说明了其在寄生参数、开关频率、封装、功率密度、效率提高等方面的不同及其优势。然后阐述了寄生参数比如高频回路电感,共源电感等对器件开关特性及驱动电路的可靠性的影响。并着重研究了氮化镓器件的反向导通特性,以同步Buck为研究方案进行了两组实验,开关频率1MHz,其中一组采用传统驱动方式,另一组采用谐振驱动方式,每组都在同步续流管栅极加一偏置电压,观察反向压... 

【文章来源】：燕山大学河北省

【文章页数】：71 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 氮化镓功率晶体管的发展与研究现状
        1.2.1 氮化镓器件国内外发展现状
        1.2.2 氮化镓器件市场应用
    1.3 模块电源发展现状
        1.3.1 模块电源简介
        1.3.2 模块电源发展趋势
    1.4 本文主要研究内容
第2章 氮化镓功率晶体管的特性分析
    2.1 引言
    2.2 增强型氮化镓器件的静态特性
        2.2.1 氮化镓材料特性
        2.2.2 氮化镓器件结构和工作原理
    2.3 增强型氮化镓器件的动态特性
        2.3.1 氮化镓器件动态参数
        2.3.2 氮化镓输出特性
    2.4 驱动电路的设计
        2.4.1 米勒效应
        2.4.2 寄生参数的影响
        2.4.3 驱动电路及驱动芯片的选取
    2.5 本章小结
第3章 氮化镓谐振驱动技术及其反向导通特性的研究
    3.1 引言
    3.2 反向导通特性
    3.3 谐振驱动技术
    3.4 偏置电压的实现
        3.4.1 传统驱动偏置电压的实现
        3.4.2 谐振驱动偏置电压的实现
        3.4.3 程序流程图
    3.5 本章小结
第4章 四分之一砖模块电源方案设计
    4.1 引言
    4.2 四分之一砖模块电源拓扑选择
        4.2.1 单端反激变换器
        4.2.2 单端正激变换器
        4.2.3 推挽变换器
        4.2.4 半桥变换器
        4.2.5 全桥变换器
    4.3 主电路参数设计
        4.3.1 变压器参数计算
        4.3.2 主要元器件选型
    4.4 控制电路设计
        4.4.1 控制芯片简介
        4.4.2 控制芯片功能介绍
        4.4.3 辅助电源设计
        4.4.4 补偿参数设计
    4.5 本章小结
第5章 实验结果
    5.1 引言
    5.2 反向导通特性实验波形
        5.2.1 谐振驱动电路的实验结果
        5.2.2 传统驱动方式下同步Buck实验波形
        5.2.3 谐振驱动方式下同步Buck实验波形
    5.3 四分之一砖模块电源实验波形
        5.3.1 原副边开关实验波形
        5.3.2 软启动、关机实验波形
        5.3.3 负载瞬态响应及输出电压纹波
        5.3.4 效率测试
    5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]具有高阈值电压和超低栅漏电的400V常关型槽栅AlGaN/GaN金属氧化物半导体高电子迁移率晶体管（英文）[J]. 赵勇兵,程哲,张韵,伊晓燕,王国宏.  电工技术学报. 2018(07)
[2]寄生参数对SiC MOSFET栅源极电压影响的研究[J]. 巴腾飞,李艳,梁美.  电工技术学报. 2016(13)
[3]电力电子器件及其应用的现状和发展[J]. 钱照明,张军明,盛况.  中国电机工程学报. 2014(29)
[4]GaN基SBD功率器件研究进展[J]. 李迪,贾利芳,何志,樊中朝,王晓东,杨富华.  微纳电子技术. 2014(05)
[5]氮化镓功率晶体管三电平驱动技术[J]. 任小永,David Reusch,季澍,穆明凯,Fred C Lee.  电工技术学报. 2013(05)
[6]DC/DC模块电源小型化技术研究[J]. 孟颖悟,董晖,但星亭.  电力电子技术. 2011(09)
[7]宽禁带半导体电力电子器件研发新进展[J]. 陈治明.  电力电子技术. 2009(11)
[8]宽禁带半导体SiC功率器件发展现状及展望[J]. 张波,邓小川,张有润,李肇基.  中国电子科学研究院学报. 2009(02)
[9]氮化镓器件技术与应用展望[J]. 于凌宇.  世界产品与技术. 2003(11)
[10]DC/DC模块电源的发展方向与标准化[J]. 吴京文.  电子质量. 2003(03)

博士论文
[1]高效率高功率密度通信模块电源技术的研究[D]. 任小永.南京航空航天大学 2008
[2]开关电源中磁性元件绕组损耗的分析与研究[D]. 旷建军.南京航空航天大学 2007

硕士论文
[1]氮化镓功率晶体管应用技术研究[D]. 孙彤.南京航空航天大学 2015



本文编号：3090474