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[2018年IEEE第六届宽禁带功率器件与应用研讨会(WiPDA) - 美国佐治亚州亚特兰大市(2018.10.31-2018.11.2)] 2018年IEEE第六届宽禁带功率器件与应用研讨会(WiPDA) - 软开关应用中高压E模式GaN HEMT的损耗特性与分析

DOI：10.1109/WiPDA.2018.8569189 出版年份：2018 更新时间：2025-09-04 15:30:14
摘要： 近年来，宽禁带（WBG）器件因其相较于硅材料的卓越性能，在电力电子领域的应用呈现急剧增长态势。虽然氮化镓（GaN）器件能提供优异的效率和功率密度参数，但高频运行会限制这些优势的发挥。这为基于高频软开关拓扑的实现留下了发展空间——当其与GaN结合时，既能缩小变换器体积又可同步提升效率。在此独特组合中，精确设计并分析变换器整体损耗至关重要。典型变换器设计流程始于详细的损耗估算分析，其中半导体损耗占据主要部分。传统解析法估算软开关半导体损耗的精度不足，因其主要依赖瞬时电路条件。对于软开关拓扑而言，需要监测瞬时开关电压和电流才能准确测定开关损耗，这将形成更真实的半导体损耗评估，进而有助于优化变换器设计与分析。因此，本文研究并验证了采用增强型（E-mode）GaN器件在常规拓扑中实现软开关条件下的损耗特性分析与表征。
作者： Nikhil Korada，Ziwei Yu，Raja Ayyanar
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究采用常规拓扑结构中增强型（E-mode）氮化镓器件的软开关条件损耗特性分析与表征。

研究成果

本文介绍了MOSFET器件的实际应用及其在硬开关、谷底开关和软开关条件下的行为特性与损耗分析。提出基于PLECS和LTSPICE的仿真方法精确估算器件开关损耗，为软开关变换器设计提供支持。通过软开关技术与氮化镓器件的结合应用，实现了更高的效率与功率密度目标。通过与实验结果的对比验证了所提方法的有效性。

研究不足

该研究聚焦于采用辅助零电压转换(ZVT)技术的E模式GaN器件在常规支路中实现的拓扑结构的软开关条件损耗评估。其局限性包括：需要精确实施以避免对开关损耗的低估或高估，以及模拟包含开关本征电容建模的软开关拓扑结构时的复杂性。

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