Zastosowanie tranzystorów GaN w wysokoczęstotliwościowych przekształtnikach DC/DC

• Autorzy: Czyż P. , Reinke A. , Michna M.

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2017.01.78

Warianty tytułu

EN

Application of GaN transistors in high-frequency DC/DC converters

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono tranzystory mocy z azotku galu (GaN) jako przyrządy, umożliwiające budowanie wysokoczęstotliwościowych przekształtników energoelektronicznych. Opisano tranzystory GaN HEMT SSFET, przedstawiono sposób ich sterowania i czasy przełączeń. Podano wyniki badań eksperymentalnych przekształtnika obniżającego napięcie o sprawności 96,5%, pracującego z częstotliwością przełączeń 500 kHz. Zaprezentowano metodę doboru rdzenia dławika wyjściowego, zapewniającą minimalizację jego objętości i masy.

EN

In this paper GaN power transistors are evaluated and used to build high-efficiency and high-frequency power converters. The GaN HEMT SSFET characteristics and driving guidelines are presented. Switching times of transistors are measured in a double-pulse test. Moreover, a prototype buck converter is built and the efficiency is experimentally measured (96,5%) at switching frequency of 500 kHz. Finally, the benefits of achieving high switching frequency when it comes to a reduction of mass and volume of an inductor in an output filter are described.

Słowa kluczowe

PL

tranzystor mocy; azotek galu; wysokoczęstotliwościowy przekształtnik DC/DC

EN

power transistor; gallium nitride; high-frequency DC/DC converter

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2017
• Tom: R. 93, nr 1
• Strony: 333--338
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., schem., tab., wykr.

Twórcy

autor

Czyż P.

• Politechnika Gdańska, Katedra Energoelektroniki i Maszyn Elektrycznych, ul. G. Narutowicza 11/12, 80-233 Gdańsk

autor

Reinke A.

• Politechnika Gdańska, Katedra Energoelektroniki i Maszyn Elektrycznych, ul. G. Narutowicza 11/12, 80-233 Gdańsk

autor

Michna M.

• Politechnika Gdańska, Katedra Energoelektroniki i Maszyn Elektrycznych, ul. G. Narutowicza 11/12, 80-233 Gdańsk

Bibliografia

• [1] Huang X., Liu Z., Li Q., Lee F., Evaluation and application of 600V GaN HEMT in cascode structure, Proc. Applied Power Electronics Conference and Exposition, 2013, 1279–2334.
• [2] Huang X., Lee F. C., Li Q., Du W., High-frequency highefficiency GaN-based interleaved CRM bidirectional buck/boost converter with inverse coupled inductor, IEEE Trans. Power Electron., 31 (2016), 4343–4352.
• [3] Guo Z., Ren X., Chen Q., Zhang Z., Ruan X., Investigation of the MHz switching frequency PFC converter based on highvoltage GaN HEMT, Proc. Future Energy Electronics Conference, 2015, 1–6.
• [4] Sheridan D. C., Lee D.Y., Ritenour A., Bondarenko V., Yang J., Coleman C., Ultra-Low Loss 600V – 1200V GaN Power Transistors for High Efficiency Applications, Proc. PCIM Europe, 2014, 318–324.
• [5] Yang J., PWM efficiency improvement with GaN-based SSFET as synchronous rectifier in PFC boost converter, Proc. PCIM Europe, 2014, 1011–1017.
• [6] Lidow A., Strydom J., de Rooij M., Reusch D., GaN Transistors for Efficient Power Conversion, Wiley, 2015.
• [7] Zdanowski M., Rąbkowski J., Barlik R., Wysokoczęstotliwościowy przekształtnik DC/DC z elementami z węglika krzemu – analiza symulacyjna, Przegląd Elektrotechniczny, 90 (2014), nr 2, 201-204.
• [8] Zhang W., Huang X., Liu Z., Lee F. C., She S., Du W., Li Q., A new package of high-voltage cascade gallium nitride device for megahertz operation, IEEE Trans. Power Electron., 31 (2016), 1344–1353.
• [9] Rąbkowski J., Tranzystory GaN w falowniku mostkowym o wysokiej częstotliwości przełączeń (250 kHz), Przegląd Elektrotechniczny, 92 (2016), nr 5, 45-48.
• [10] Tuysuz A., Bosshard R., Kolar J., Performance comparison of a GaN GIT and a Si IGBT for high-speed drive applications, Proc. International Power Electronics Conf., 2014, 1904–1911.
• [11] How to Drive GaN Enhancement Mode Power Switching Transistors, GaN Sytems Inc. GN001 Application Note, Rev. 2014-10-21.
• [12] RFJS3006F Preliminary Datasheet (DS130809). RF Micro Devices Inc.
• [13] IPW65R045C7 650V CoolMOS™ C7 Power Transistor Datasheet, Rev. 2.1, 2013-04-30. Infineon Technologies AG.
• [14] Rąbkowski J., Barlik R., Experimental evaluation of GaN Gate Injection Transistors, Przegląd Elektrotechniczny, 91 (2015), nr 3, 9-12.
• [15] Choi W., Han D., Moriss C. T., Sarlioglu B., Achieving high efficiency using SiC MOSFETs and reduced output filter for grid-connected V2G inverter, Proc. IECON, 2015, 3052–3057.
• [16] Zdanowski M., Rąbkowski J., Barlik R., Projekt, budowa i badania dławika o zredukowanej pojemności pasożytniczej uzwojeń dla przekształtnika typu DC/DC, Przegląd Elektrotechniczny, 88 (2012), nr 12b, 299-302.
• [17] Wojda R.P., Kazimierczuk M.K., Winding resistance of litz-wire and multi-strand inductors, IET Power Electron., 5 (2012), n. 2, 257–268.
• [18] MS-080075-2 Datasheet (www.micrometalsarnoldpowdercores.com).

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).