Badania ewaluacyjne tranzystora 650 V E-HEMT GaN do zastosowań w wysokosprawnych przekształtnikach DC/DC

• Autorzy: Czyż P. , Cichowski A. , Śleszyński W.

Warianty tytułu

EN

Evaluation of a 650 V E-HEMT GaN transistor for high-efficiency DC/DC converters

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Tematem artykułu są badania wysokonapięciowego tranzystora z azotku galu typu E-HEMT w aplikacji przekształtnika obniżającego napięcie typu buck. W pracy przedstawiono krótką charakterystykę i zalety półprzewodników szerokoprzerwowych, a także opis tranzystora GS66508P-E03 w obudowie do montażu powierzchniowego (SMD). Następnie poruszono problem chłodzenia łącznika mocy SMD i przeprowadzono badanie porównawcze dwóch układów chłodzenia. Wykazano, że zaproponowany układ jest ponad dwa razy bardziej wydajny niż zalecany przez producenta. W głównej części opracowania zaprezentowano wyniki pomiarów sprawności przekształtnika. Osiągnięto sprawność > 92 % dla układu twardo przełączającego o częstotliwości pracy 200 kHz. Tym samym potwierdzono możliwość budowania wysokosprawnych przekształtników z tranzystorami GaN.

EN

In this paper a brief description of wide-bandgap semiconductors is given. Particularly, advantages of a 650 V GaN EHEMT transistor GS66508P-E03 are shown. This power switch is experimentally evaluated in a synchronous buck with two transistors in a half bridge configuration. The experimental results show that GaN transistors have very low total losses even when operating at high frequencies. The efficiency over 92% is achieved at the frequency of 200 kHz with 5 A output current and output power at a rate of 310 W. Additionally, in this work two different cooling systems for surface mounted transistor are compared. In a prototype for thermal evaluation one transistor has the cooling system with thermal vias through the PCB and alternatively the second one has the cooling system with the copper stud. The proposed cooling system with the copper stud is proven to have the twice smaller thermal resistance than the system with thermal vias. Another advantage is that in the same conditions the transistor is cooler and has lower on-resistance, what decreases the power losses.

Słowa kluczowe

PL

azotek galu; GaN; E-HEMT; przekształtnik obniżający; napięcie; straty mocy

EN

gallium nitride; GaN; enhancement mode; high electron mobility transistor E-HEMT; DC/DC converters; power losses

• Wydawca: Wydział Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Wydziału Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej
• Rocznik: 2015
• Tom: Nr 47
• Strony: 31--34
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 poz., rys., wykr., tab.

Twórcy

autor

Czyż P.

• Politechnika Gdańska, Wydział Elektrotechniki i Automatyki

autor

Cichowski A.

• Politechnika Gdańska, Wydział Elektrotechniki i Automatyki

autor

Śleszyński W.

• Politechnika Gdańska, Wydział Elektrotechniki i Automatyki

Bibliografia

• 1. Kolar J., Drofenik U., Biela J., Heldwein M., Ertl H., Friedli T. and Round S.: PWM converter power density barriers. Proc. Power Convers. Conf., Nagoya, Japan, Apr. 2007, s. 9–29.
• 2. Tuysuz A., Bosshard R. and J. Kolar: Performance comparison of a GaN GIT and a Si IGBT for high-speed drive applications. Proc. International Power Electronics Conf., Hiroshima, Japan, May 2014, s. 1904–1911.
• 3. Mitova R., Ghosh R., Mhaskar U., Klikic D., Wang M. and Dentella A.: Investigations of 600-V GaN HEMT and GaN diode for power converter applications. IEEE Trans. Power Electron., vol. 29, s. 2441–2452, May 2014.
• 4. Huang X., Liu Z., Li Q. and Lee F.: Evaluation and application of 600V GaN HEMT in cascode structure. Proc. Applied Power Electronics Conference and Exposition, Long Beach, USA, Mar. 2013, s. 1279–1286.
• 5. Czyż P.: Performance Evaluation of a 650V E-HEMT GaN Power Switch. Proc. of IEEE Industrial Electronics Society Conference (IECON), Yokohama, Japan, Nov. 2015, s.7-12.
• 6. Roberts J., Klowak G., Yushyna L. and Rennaud-Bezot N.: Thermal modeling of large embedded GaN transistors. Proc. International Symposium on Microelectronics, San Diego, USA, Oct. 2014.
• 7. Thermal Analysis and PCB Design Guidelines for GaN Enhancement Mode Power Switching Transistors, GaN Sytems Inc. GN005 Application Note, Rev. 2014-11-04.
• 8. Czyż P.: Zastosowanie tranzystorów GaN w wysokosprawnych przekształtnikach DC/DC. Praca dyplomowa, Politechnika Gdańska, Gdańsk 2015.