Cascode GaN晶體管與GaN二極管應(yīng)用研究.pdf

1、隨著電力電子技術(shù)高頻化和高功率密度化的發(fā)展，開(kāi)關(guān)電源對(duì)電力電子器件性能和可靠性的要求日益苛刻，以硅(Si)材料為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)電力電子功率器件已逐步逼近其理論極限。作為第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料的典型代表，氮化鎵(GaN)具有比Si更優(yōu)異的物理特性，是高頻、高溫、高壓和大功率應(yīng)用的優(yōu)良半導(dǎo)體材料，具有廣闊的市場(chǎng)前景。2010年以來(lái)，GaN功率器件的研究成果日益顯著，但與碳化硅(SiC)器件相比，其器件特性與應(yīng)用的研究尚處于初步階段，有待更深入和

2、更系統(tǒng)的研究。
　　本文主要研究對(duì)象為Cascode GaN晶體管和GaN二極管。首先介紹GaN功率器件的研究背景與國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)比分析單體增強(qiáng)型GaN晶體管與CascodeGaN晶體管的優(yōu)缺點(diǎn)及適用場(chǎng)合。其次基于器件結(jié)構(gòu)的分析與器件特性的測(cè)試，研究了Cascode GaN晶體管與GaN二極管的靜態(tài)特性，給出相應(yīng)的靜態(tài)特性數(shù)學(xué)模型。然后基于Cascode GaN晶體管帶寄生參數(shù)的等效電路，分析其動(dòng)態(tài)特性，給出開(kāi)通與關(guān)斷損耗的數(shù)

3、學(xué)模型，并通過(guò)仿真與實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證;通過(guò)實(shí)驗(yàn)手段測(cè)試了GaN和SiC二極管反向恢復(fù)情況，并進(jìn)行對(duì)比分析。本文還提出適合高頻場(chǎng)合的Cascode GaN晶體管過(guò)流保護(hù)電路，并通過(guò)仿真與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該電路的可行性。最后從功率變換器的角度，把GaN功率器件應(yīng)用于Buck變換器與單相全橋逆變器中，基于本文得出的GaN器件靜態(tài)特性與動(dòng)態(tài)特性的數(shù)學(xué)模型對(duì)變換器進(jìn)行損耗分析，并搭建實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了理論分析的正確性。
　　本課題所做的理論分析、