基于新型半導(dǎo)體材料氮化鎵（GaN）的全橋逆變實驗裝置

李宇　曹桂梅

摘 要 針對傳統(tǒng)小型逆變器存在功率密度低、轉(zhuǎn)換效率低及體積較大的問題，本文提出一種基于新型半導(dǎo)體材料氮化鎵（GaN）的全橋拓?fù)浞治?，在分析氮化鎵（GaN）GS66502的等效電路基礎(chǔ)上。

關(guān)鍵詞 氮化鎵（GaN） 全橋拓?fù)?逆變器

隨著經(jīng)濟水平的提高以及電子產(chǎn)品的迅猛發(fā)展，人們對于電能的需求日益增大，目前市面上幾乎所有的電子產(chǎn)品均使用的交流電，近年來小型便攜式逆變器發(fā)展迅猛，但由于傳統(tǒng)以場效應(yīng)管、IGBT為開關(guān)器件的逆變器效率不高（通常為50%-70%），且存在發(fā)熱嚴(yán)重價電子所在能帶與自由電子所在能帶之間的間隙稱為禁帶（Energy Gap）。

1氮化鎵（GaN）GS66502的等效電路模型及驅(qū)動回路特性

氮化鎵（GaN）GS66502的等效電路如圖1所示。Cds、Cgd、Cgs為極間電容，Lg為驅(qū)動回路寄生電感；Ls為驅(qū)動回路和主功率回路的共源極電感；Ll為高頻功率回路的寄生電感；Rg為柵極驅(qū)動電阻，且外圍電路簡單，理論上全橋逆變效率可達99%。

2氮化鎵（GaN）GS66502的全橋逆變拓?fù)浞治?/p>

如圖2所示，氮化鎵（GaN）GS66502的全橋逆變拓?fù)浞譃樯舷滤膫€橋臂，由四個GaN開關(guān)管構(gòu)成，采用SPWM波調(diào)制，工作時開關(guān)管在高頻條件下通斷。當(dāng)所有的功率管都截止時，每個功率管只承擔(dān)一半的電壓。每個橋臂都由一個GaN和它內(nèi)部集成的反向續(xù)流通道組成。

在t1時刻前Q1和Q4導(dǎo)通，輸出電壓U0為Ud，t1時刻Q1和柵極信號反向，Q4截止，而因負(fù)載電感中的電流不能突變，Q3不能立刻導(dǎo)通，通過反向續(xù)流通道③續(xù)流。因為Q1和續(xù)流通道同時導(dǎo)通，輸出電壓為零；t2時刻Q1和Q2柵極信號反向，Q1截止，而Q2不能立刻導(dǎo)通，通過反向續(xù)流通道④續(xù)流，和續(xù)流通道③構(gòu)成電流通道，輸出電壓為-Ud。到負(fù)載電流過零并開始反向時，反向續(xù)流通道③、④截止，Q2和Q3開始導(dǎo)通，輸出電壓為-Ud。t3時刻Q3和Q4柵極信號再次反向，Q3截止，而Q4不能立即導(dǎo)通，通過⑥續(xù)流U0Z再次為零，輸出電壓U的正負(fù)脈沖寬度各為%a，改變%a，可以調(diào)節(jié)輸出電壓。自此，一個逆變周期完成，后續(xù)過程類似。

3結(jié)束語

本文在分析氮化鎵（GaN）GS66502的等效電路基礎(chǔ)上對基于新型半導(dǎo)體材料氮化鎵（GaN）的全橋拓?fù)溥M行了詳細(xì)分析，論證了該全橋?qū)嶒炑b置的可行性及突出優(yōu)點。

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