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基于GaN HEMT功率开关器件的250W电脑电源研制

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1 绪论

1.1 硅(Si)功率器件的困境

1.2 GaN功率器件的优势

1.3 国内外相关研究概况以及发展趋势

1.4 本文研究内容及意义

2 GaN功率开关器件电气参数分析与测试

2.1 高压级联GaN器件实际测量分析

2.1.1 测试设备与软件

2.1.2 输出特性测试

2.1.3 转移特性测试

2.1.4 动态电阻测试

2.1.5 开关特性测试

2.1.6 反向特性测试

2.1.7 击穿特性测试

2.1.8 电容测试

2.1.9 Qg测试

2.1.10 体二极管正向特性测试

2.1.11 热阻测试

2.2 高压级联GaN器件测试结果与硅器件对比

3基于GaN器件Boost PFC设计与分析

3.1基于GaN器件Boost PFC电路设计

3.2基于GaN器件Boost PFC参数计算

3.2基于GaN器件Boost PFC参数测量

4 基于GaN器件半桥LLC设计与分析

4.1 基于GaN器件半桥LLC电路设计

4.2 基于GaN器件半桥LLC参数计算

4.3 基于GaN器件半桥LLC参数测量

5 基于GaN器件电源设计与分析

5.1 EMI、反馈电路、辅助电源等设计

5.1.1 EMI模块设计

5.1.2 反馈电路与辅助电源设计

5.2 最终PCB布板与测试

5.2.1 PCB布板

5.2.2 整机测试

结论

参 考 文 献

致谢

大连理工大学学位论文版权使用授权书

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摘要

传统开关电源往往采用硅开关器件,硅(Si)功率器件发展时间久,其性能经过多年的不断提升,已接近理论上的极限。随着开关电源的不断发展,对功率器件提出了更高的要求,例如适应更高频率、转换效率更高、功率密度更高等,而硅功率器件已难以满足。氮化镓材料作为宽禁带半导体材料的典型代表,具有诸多优点,近年来受到广泛关注,氮化镓(GaN)功率晶体管(HEMT),具有开关速度快、反向恢复电荷小、适于恶劣环境应用等诸多优点。近年来,一些家厂商已相继推出众多系列的GaN器件,目标是取代硅器件制作更高效的开关电源。因此,研究氮化镓功率晶体管的电学特性以及应用显得尤为重要。 本课题主要分析氮化镓功率晶体管的电学特性,并设计电路同时编写Labview程序控制多机台对氮化镓器件电学特性进行实际测量。结合实测结果,与规格接近的硅功率器件对比,分析氮化镓功率器件的优势以及劣势,明确氮化镓器件的应用特点,为下一步的应用做出指导。 在熟悉氮化镓的特性后,结合目前开关电源的主要电路组成种类分析,选择适合氮化镓功率器件的开关电源设计,采用Boost PFC加半桥LLC电路的方式设计电源。分别针对Boost PFC电路,半桥LLC电路进行原理分析,以及采用氮化镓开关器件后的电路设计方法分析。根据分析结果,设计Boost PFC电路和半桥LLC电路,计算电路中主要参数,并分析两个电路采用氮化镓开关器件后的优势所在。设计PCB板,搭建最终开关电源,并对电源性能进行评测。

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