Porównanie falowników klasy DE z pasma 13,56 MHz zbudowanych na tranzystorach SiC MOSFET i GaN FET

• Autorzy: Przybyła Krzysztof , Kasprzak Marcin

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2020.07.12

Warianty tytułu

EN

Comparison of 13.56 MHz band class DE inverters built with SiC MOSFET and GaN FET transistors

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono wyniki pomiarów sprawności czterech falowników o mocy wyjściowej do 450W, dwóch zbudowanych na tranzystorach SiC a dwóch na GaN. Tranzystory mają klasę napięciową (650 – 900)V, prądową (20-30)A, obudowy przewlekane (TO-220, TO-247) i SMD (np. D2PAK-7). Badania wykazały, że tranzystory GaN pozwalają na uzyskanie sprawności całkowitej (89-92)% natomiast tranzystory SiC sprawności (70-80)%. Uzyskane sprawności falowników z tranzystorami GaN są wyższe niż podobnych falowników z najlepszymi Si RF MOSFET.

EN

Efficiency measurement results of the four inverters with output power up to 450W, built with SiC (2x) and GaN (2x) transistors are presented in the paper. Used transistors were in (650-900)V voltage class, (20-30)A current class, (TO-220, TO-247) THT cases and (e.g. D2PAK-7) SMD cases. The research has shown that GaN and SiC transistors allow to obtain total efficiency of (89-92)% and (70-80)% respectively. The obtained efficiency results of the inverters with GaN transistors are higher than similar inverters with the best Si RF MOSFETs.

Słowa kluczowe

PL

falownik klasy DE; wysoka częstotliwość; SiC; GaN; MOSFET; drajwer

EN

class DE inverter; high frequency; SiC; GaN; MOSFET; driver

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2020
• Tom: R. 96, nr 7
• Strony: 68--71
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz.,rys., tab.

Twórcy

autor

Przybyła Krzysztof

• Politechnika Śląska, Katedra Energoelektroniki, Napędu Elektrycznego i Robotyki, ul. Bolesława Krzywoustego 2, 44-100 Gliwice

autor

Kasprzak Marcin

• Politechnika Śląska, Katedra Energoelektroniki, Napędu Elektrycznego i Robotyki, ul. Bolesława Krzywoustego 2, 44-100 Gliwice

Bibliografia

• [1] Kasprzak M., Falowniki rezonansowe klasy D i DE o częstotliwościach pracy do 13,56 MHz, monografia habilitacyjna, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, ISBN 978-83-7880-037-8, Gliwice 2013
• [2] Kasprzak M., Sterowanie falownika klasy DE metodą PWMFM, Przegląd Elektrotechniczny, R. 90 NR 6/2014, 83-86
• [3] Przybyła K., Kasprzak M., Wpływ obudowy tranzystora SiC MOSFET na sprawność energetyczną falownika klasy DE z pasma 13,56 MHz - Przegląd Elektrotechniczny, R. 94 NR 3/2018
• [4] Lee C.-H., Sazonov A., Robertson J., Nathan A., Esmaeili-Rad M.R., Servati P., Milne W.I., How to Achieve High Mobility Thin Film Transistors by Direct Deposition of Silicon Using 13.56 MHz RF PECVD?, Electron Devices Meeting(2006), 11-13
• [5] Denk F., Haehre K., Kling R., Heering W., Minibloc SiCMOSFET in a resonant Half-Bridge Inverter operating in the MHz-Range, Proceedings of PCIM Europe 2015; International Exhibition and Conf. for Power Electronics, Intelligent Motion, Renewable Energy and Energy Management, 05.2015, 1-7.
• [6] Flores-Garcia E., Ponce-Silva M., Vela-Valdes L.G., Juarez M. A. Hernandez-Gonzalez L., Analysis and Design Method for High-Frequency Self-Oscillating Electronic Ballasts, IEEE Trans. on Industry Applications, t.47, nr.6, 2011, 2430-2436
• [7] Yamamoto N., Hiraki E., Tanaka T., Yamada Y., Nagao T., Miyake Y., Noda Y., A study on GaN inverter based MHz frequency induction heating for tiny metals, IECON 2013 - 39th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, 11. 2013, 5023-5027
• [8] Yao C., Dong S., Zhao Y., Zhou Y., Mi Y., Li C., High-frequency composite pulse generator based on full-bridge inverter and soft switching for biological applications, IEEE Trans. on Dielectrics and Electrical Insulation, t.23, nr.5, 2730-2737, 10.2016
• [9] Dedrick J., Im S., Cappelli M., Boswell R. W., Charles C., Induced Flow and Optical Emission Generated by a Pulsed 13.56 MHz-5 kHz Plasma Actuator, IEEE Transactions on Plasma Science, t.41, nr.12, 3275-3278, 12.2013
• [10] Choi J., Tsukiyama D., Rivas J., Comparison of SiC and eGaN devices in a 6.78 MHz 2.2 kW resonant inverter for wireless power transfer, 2016, IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), 09.2016, s. 1-6
• [11] Choi J., Tsukiyama D., Rivas J., Evaluation of a 900 V SiC MOSFET in a 13.56 MHz 2 kW resonant inverter for wireless power transfer, w 2016 IEEE 17th Workshop on Control and Modeling for Power Electronics (COMPEL), 06.2016, 1-6
• [12] Trung N. K., Akatsu K., Design 13.56MHz 10 kW resonant inverter using GaN HEMT for wireless power transfer systems, 2017, IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), 10.2017, 955-960
• [13] Trung N. K., Akatsu K., Design high power and high efficiency inverter operating at 13.56MHz for wireless power transfer systems, 2016 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), 09.2016, 1-8
• [14] Jiang L., Costinett D., A single-stage 6.78 MHz transmitter with the improved light load efficiency for wireless power transfer applications, IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC), 03.2018, 3160-3166
• [15] Przybyła K., Analiza i badania wysokoczęstotliwościowych falowników klasy DE z tranzystorami MOSFET na bazie SiC i GaN, praca doktorska, Politechnika Śląska, Gliwice 2019

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).