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功率循环下GaN器件栅极可靠性研究
1
作者 郭世龙 薛炳君 +1 位作者 严焱津 汪文涛 《现代电子技术》 北大核心 2025年第2期41-45,共5页
氮化镓(GaN)功率器件长期在高功率密度工况下运行,其栅极可靠性一直是关注的重点,栅极的退化会造成器件误导通以及导通损耗增加等问题。为此,设计一个直流功率循环装置,通过功率循环的方式加速器件老化。同时为了评估栅极可靠性,采用与... 氮化镓(GaN)功率器件长期在高功率密度工况下运行,其栅极可靠性一直是关注的重点,栅极的退化会造成器件误导通以及导通损耗增加等问题。为此,设计一个直流功率循环装置,通过功率循环的方式加速器件老化。同时为了评估栅极可靠性,采用与栅极紧密相关的阈值电压(VTH)以及栅极电容(CGS)作为特征参量,设计VTH与CGS监测电路。通过实验研究了器件栅极的温度特性、恢复特性以及在100000次功率循环后的退化情况。结果表明,随着温度的增加,VTH正向漂移,漂移量超过10%,CGS则与温度解耦保持不变。器件在功率循环后VTH存在恢复现象,前10 min恢复超过70%,在3 h后保持稳定,CGS不存在恢复特性。所选两款GaN在100000次功率循环后特征参量发生不同程度的变化,表明器件栅极在功率循环后发生了一定程度的退化。因此,有必要在设计器件及应用时考虑温度及热应力冲击所造成的栅极性能退化,优化设计工艺以提高GaN器件的可靠性。 展开更多
关键词 gan器件 栅极可靠性 功率循环 阈值电压 栅极电容 加速老化
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基于GaN器件与磁集成技术的车载充电机实验平台研究
2
作者 昝小舒 李正航 +2 位作者 张笑 程鹤 张动宾 《实验技术与管理》 CAS 北大核心 2024年第7期94-102,共9页
随着新能源汽车的普及,对车载充电机的要求越来越高。为了有效提升整机效率和功率密度,将GaN器件与磁集成技术应用于车载充电机,进行了实验平台研究。基于GaN器件设计了两级式车载充电机拓扑结构与外围电路,通过制作磁集成平面变压器,... 随着新能源汽车的普及,对车载充电机的要求越来越高。为了有效提升整机效率和功率密度,将GaN器件与磁集成技术应用于车载充电机,进行了实验平台研究。基于GaN器件设计了两级式车载充电机拓扑结构与外围电路,通过制作磁集成平面变压器,优化了CLLC变换器,完成了整机控制程序设计及2kW车载充电机实验样机搭建,并对样机进行了实验测试与波形分析。实验结果表明,实验样机具有良好的稳态特性与动态特性,整机功率因数在0.98以上,满载峰值效率达到95.22%。该平台能够帮助学生加深对电力电子技术的认识,掌握新型电力电子器件的特性及应用,锻炼实践操作能力,提高相关课程的教学质量。 展开更多
关键词 车载充电机 gan器件 磁集成技术
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GaN器件辐照效应与LDO电路的单粒子敏感点协同设计研究
3
作者 朱峻岩 张优 +4 位作者 王鹏 黄伟 张卫 邱一武 周昕杰 《电子与封装》 2024年第1期61-67,共7页
创新地开展p型栅GaN器件的单粒子辐照与建模研究,提取的单粒子激励电流被加载用于全GaN的低压差线性稳压器(LDO)稳压电路的单粒子设计中,获得了该电路单粒子敏感节点,最终得到该节点在重载状态与轻载状态时对应的单粒子瞬态(SET)响应分... 创新地开展p型栅GaN器件的单粒子辐照与建模研究,提取的单粒子激励电流被加载用于全GaN的低压差线性稳压器(LDO)稳压电路的单粒子设计中,获得了该电路单粒子敏感节点,最终得到该节点在重载状态与轻载状态时对应的单粒子瞬态(SET)响应分别为500 mV/60 ns,1210 mV/60 ns。上述研究建立起GaN器件-全GaN基电路的T-CAD/SPICE单粒子效应协同设计方法。 展开更多
关键词 gan辐照效应 gan LDO 抗辐照加固 p型栅gan器件
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基于GaN器件的磁集成LLC谐振变换器的优化设计 被引量：1
4
作者 杨弋 戴瑜兴 +1 位作者 彭子舜 朱勇 《温州大学学报（自然科学版）》 2024年第4期39-48,共10页
为解决电动汽车辅助电源变换效率和功率密度相对较低的问题,提出一种基于改进磁集成变压器的LLC谐振变换器设计方案,修改了磁芯结构,在一个EEE磁芯上同时集成了谐振电感及变压器,减少了磁元件的重量和体积,优化了绕组排布及气隙结构,降... 为解决电动汽车辅助电源变换效率和功率密度相对较低的问题,提出一种基于改进磁集成变压器的LLC谐振变换器设计方案,修改了磁芯结构,在一个EEE磁芯上同时集成了谐振电感及变压器,减少了磁元件的重量和体积,优化了绕组排布及气隙结构,降低了磁芯饱和度和损耗,并结合GaN功率器件,最终搭建了一台150W的实验样机.实验结果表明,引入GaN器件及磁集成技术,可大幅提高变换器的功率密度和效率,从而验证了所提出设计方案的可行性. 展开更多
关键词 LLC谐振变换器 gan功率器件 磁集成 软开关 同步整流
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GaN器件金刚石近结集成热管理技术研究进展
5
作者 郭怀新 陈堂胜 +3 位作者 孔月婵 李忠辉 李义壮 黄健 《固体电子学研究与进展》 2024年第6期561-567,共7页
GaN器件大功率及高功率密度的发展受限于其自生热和近结区散热能力引起的器件结温升高问题,导致器件性能严重下降,GaN器件的大功率潜能远未得到发挥,金刚石近结集成热管理技术是解决GaN器件热瓶颈的重要途径。本文详细论述GaN器件近结... GaN器件大功率及高功率密度的发展受限于其自生热和近结区散热能力引起的器件结温升高问题,导致器件性能严重下降,GaN器件的大功率潜能远未得到发挥,金刚石近结集成热管理技术是解决GaN器件热瓶颈的重要途径。本文详细论述GaN器件近结热管理技术的重要性,并对近年来国际上正在开展的金刚石近结散热技术方法进行系统分析和评述,揭示了金刚石与GaN器件近结集成工艺途径及面临的技术挑战,阐述了GaN器件金刚石近结集成热管理的技术现状和发展方向。 展开更多
关键词 gan功率器件 器件级热管理 热测试 金刚石衬底 金刚石钝化
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基于GaN器件LLC谐振变换器的平面变压器优化设计 被引量：9
6
作者 谭琳琳 王康平 +1 位作者 宇文甸 杨旭 《电源学报》 CSCD 2016年第4期96-102,共7页
现代开关电源的发展呈现高效率和高功率密度的趋势。基于GaN器件LLC谐振变换器,采用同步整流技术,通过平面变压器的设计和结构优化大大减小了变换器的高度和体积,同时也减少损耗,提高了系统的功率密度和效率。搭建了1 MHz/120 W同步整流... 现代开关电源的发展呈现高效率和高功率密度的趋势。基于GaN器件LLC谐振变换器,采用同步整流技术,通过平面变压器的设计和结构优化大大减小了变换器的高度和体积,同时也减少损耗,提高了系统的功率密度和效率。搭建了1 MHz/120 W同步整流LLC谐振变换器硬件电路,对设计进行了实验验证。样机的功率密度达到了262 W/in^3,最高效率达到了94.9%。 展开更多
关键词 LLC谐振变换器 gan器件 同步整流 平面变压器
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GaN器件辐伏同位素电池的电输出性能研究 被引量：2
7
作者 王关全 杨玉青 +4 位作者 刘业兵 胡睿 李昊 钟正坤 罗顺忠 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第12期2365-2369,共5页
利用63 Ni和3 H源分别辐照两种可作为辐伏电池换能单元的GaN基PiN结型器件,其输出短路电流(Isc)和开路电压(Voc)分别为:对于63 Ni源,Isc=5.4nA,Voc=771mV;对于3 H源,Isc=10.8nA,Voc=839mV。其开路电压显著优于单晶硅基器件辐伏电池的输... 利用63 Ni和3 H源分别辐照两种可作为辐伏电池换能单元的GaN基PiN结型器件,其输出短路电流(Isc)和开路电压(Voc)分别为:对于63 Ni源,Isc=5.4nA,Voc=771mV;对于3 H源,Isc=10.8nA,Voc=839mV。其开路电压显著优于单晶硅基器件辐伏电池的输出结果,但与理论值有一定的差距。可能是GaN材料生长过程中产生的缺陷、电极欧姆接触不良以及器件结构等原因,导致短路电流和开路电压未能达到期望值。这些是提升GaN换能单元辐伏电池的电输出性能应解决的重要技术问题。 展开更多
关键词 辐伏同位素电池 gan器件 电输出性能
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一种适用于GaN器件的谐振驱动电路 被引量：4
8
作者 赵清林 陈磊 +1 位作者 袁精 王玉洁 《电力自动化设备》 EI CSCD 北大核心 2019年第4期114-118,共5页
针对氮化镓(GaN)器件,传统的驱动电路是电压源型驱动,在高频下充放电回路中的寄生电感会引起栅源电压振荡,超过GaN器件的栅源耐压值,损坏GaN器件。采用谐振驱动(RGD)电路是解决上述传统驱动存在的问题的有效途径之一,利用LC谐振,在GaN... 针对氮化镓(GaN)器件,传统的驱动电路是电压源型驱动,在高频下充放电回路中的寄生电感会引起栅源电压振荡,超过GaN器件的栅源耐压值,损坏GaN器件。采用谐振驱动(RGD)电路是解决上述传统驱动存在的问题的有效途径之一,利用LC谐振,在GaN器件开通和关断时提供一条低阻抗箝位路径,减小栅源电压的振荡,提供一个稳定的栅源电压。详细分析了RGD电路的工作原理,同时设计制作了1 MHz的Boost变换器原理样机,并给出了实验结果。 展开更多
关键词 gan器件 谐振门极驱动 高频变换器 栅极驱动
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大功率GaN器件接地特性与稳定性研究 被引量：4
9
作者 孙引进 顾颖言 +2 位作者 蔡晓波 谢宁 蒋拥军 《微波学报》 CSCD 北大核心 2022年第1期62-65,70,共5页
GaN器件的工艺和技术进步,将输出功率提高到数百瓦甚至数千瓦量级。但是,大功率GaN器件相应的使用规范和标准,如接地要求,在仿真设计和工程应用中一直没有明确。文章针对大功率GaN器件的接地特性进行分析,通过仿真和试验验证了超大功率... GaN器件的工艺和技术进步,将输出功率提高到数百瓦甚至数千瓦量级。但是,大功率GaN器件相应的使用规范和标准,如接地要求,在仿真设计和工程应用中一直没有明确。文章针对大功率GaN器件的接地特性进行分析,通过仿真和试验验证了超大功率GaN器件功放电路中,接地条件对电路自身稳定性的重要性。明确了大功率和超大功率GaN器件的接地阻抗<1 mΩ使用标准,同时对接地金属接触表面的长期可靠性做出要求。 展开更多
关键词 gan器件 大功率 接地特性 接触电阻 稳定性
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基于GaN器件的高电压线路多米诺无线供电系统设计 被引量：3
10
作者 唐酿 陶炳权 +3 位作者 曲皓玥 胡妹林 蔡昌松 黄明欣 《中国电力》 CSCD 北大核心 2020年第5期69-76,共8页
为系统解决高电压复杂电磁场环境塔基设备供电问题,提出一种基于GaN(氮化镓,第三代半导体材料)器件的多米诺中继型无线供电系统及配置方法。首先基于电路互感耦合模型和有限元仿真对多米诺无线供电系统的频率特性和功效特性进行了分析,... 为系统解决高电压复杂电磁场环境塔基设备供电问题,提出一种基于GaN(氮化镓,第三代半导体材料)器件的多米诺中继型无线供电系统及配置方法。首先基于电路互感耦合模型和有限元仿真对多米诺无线供电系统的频率特性和功效特性进行了分析,发现通过调节负载阻抗匹配和适当提高驱动频率,能够有效改善系统的传输功效特性和抗频率失调特性,并结合电场分布云图对系统的电磁兼容性进行验证。在此基础上搭建基于GaN器件的多米诺无线供电系统实验样机,测试结果表明该系统能够实现高电压等级远距离、高效率的无线供电,且具有较好的抗频率失调特性,为无线电能传输技术在高电压设备供电领域的应用提供了参考依据。 展开更多
关键词 高电压 无线电能传输 gan器件 多米诺系统 在线监测设备
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GaN器件高频精确测试及开关特性对比研究 被引量：5
11
作者 唐清 李艳 +1 位作者 赵方玮 郑琼林 《电力电子技术》 CSCD 北大核心 2017年第12期16-19,共4页
对高频工况下氮化镓(GaN)器件的开关特性精确测量进行了研究,基于市面上两种不同类型的GaN器件,对其开关特性进行对比测试,分析高频工况下不同类型GaN器件的优势。首先,分析不同测量方式对电流测量波形的影响,选择适用于高频工况下的电... 对高频工况下氮化镓(GaN)器件的开关特性精确测量进行了研究,基于市面上两种不同类型的GaN器件,对其开关特性进行对比测试,分析高频工况下不同类型GaN器件的优势。首先,分析不同测量方式对电流测量波形的影响,选择适用于高频工况下的电流测量方式;其次,对高频驱动回路进行优化布局,减小寄生电感,使得开关特性测量结果更为精确;最后,基于双脉冲测试平台,分别对共源共栅(Cascode)型和单体增强(EMode)型两类GaN器件进行开关特性测试,明确各自特性优势和应用场合。 展开更多
关键词 gan器件 高频精确测量 开关特性
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GaN器件动态导通电阻精确测试与影响因素分析 被引量：5
12
作者 赵方玮 李艳 +2 位作者 魏超 张楠 郑妍璇 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第18期4664-4675,共12页
GaN器件较传统Si器件具有耐高压、耐高温、导通电阻小和开关损耗小等优势,但其特有的动态导通电阻现象是限制其大规模应用的主要问题。该文基于动态导通电阻影响机理分析,首先提出一种GaN器件动态导通电阻综合测试平台及测试方法;然后... GaN器件较传统Si器件具有耐高压、耐高温、导通电阻小和开关损耗小等优势,但其特有的动态导通电阻现象是限制其大规模应用的主要问题。该文基于动态导通电阻影响机理分析,首先提出一种GaN器件动态导通电阻综合测试平台及测试方法;然后测试了三款同电压/电流等级、不同结构GaN器件在各影响因素下的动态导通电阻,分析影响因素占比及动态导通电阻变化规律,与机理分析进行对比验证;最后从器件应用角度给出动态导通电阻优化方法。该文提出的测试平台测试变量基本涵盖实际应用中的全部动态导通电阻影响因素。实验表明,不同结构GaN器件动态导通电阻特性不同,且占主导的动态导通电阻影响因素不同。从应用层面优化动态导通电阻,可有效降低通态损耗。 展开更多
关键词 gan器件 电流崩塌效应 动态导通电阻 精确测试 优化应用方法
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基于GaN器件的L波段固态功放研制 被引量：4
13
作者 王晓会 《电子科技》 2018年第7期31-33,37,共4页
文中基于第三代半导体GaN功率器件的特点,研制了L波段一体化星载固态功率放大器。通过对承受高功率的多层结构宽边耦合器的仿真,设计了小型化、大功率合成器,将两只80 W内匹配GaN功率器件进行功率合成,经过ALC电路设计,确保了固态功放... 文中基于第三代半导体GaN功率器件的特点,研制了L波段一体化星载固态功率放大器。通过对承受高功率的多层结构宽边耦合器的仿真,设计了小型化、大功率合成器,将两只80 W内匹配GaN功率器件进行功率合成,经过ALC电路设计,确保了固态功放输出功率的稳定性。实测结果表明,在L波段(f0±40 MHz),固态功放的输出功率达到137 W(51.37 d Bm),功率增益74.7 dB,功率效率48.5%,杂散抑制63 dBc,-25~60℃内,输出功率波动小于0.2dB;热仿真结果显示,在60℃环境下,GaN器件结温为136.98℃。经过了壳温70℃的加速寿命试验,试验时间超过5000小时,固放工作正常。 展开更多
关键词 gan器件 L波段 输出功率 固态功率放大器 结温 寿命试验
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GaN器件质子辐照与电场综合试验系统及方法
14
作者 季启政 刘尚合 +5 位作者 王志浩 杨铭 丁义刚 王思展 沈自才 刘宇明 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期1704-1712,共9页
基于GaN器件质子辐照损伤机制和退化特性,根据剂量深度分布等效拟合原理,提出与地球同步轨道质子辐照环境等效的多能质子综合辐照试验方法。针对空间内带电问题计算电路板材料的充电电位,设计用于内带电效应模拟的静电场和瞬态电场的模... 基于GaN器件质子辐照损伤机制和退化特性,根据剂量深度分布等效拟合原理,提出与地球同步轨道质子辐照环境等效的多能质子综合辐照试验方法。针对空间内带电问题计算电路板材料的充电电位,设计用于内带电效应模拟的静电场和瞬态电场的模拟方法及装置。建立质子辐照与电场综合试验系统并开展初步的试验。研究结果表明:GaN器件在跨导峰值处的栅源电压随质子注量发生偏移;相对于单独质子辐照,质子和电场综合作用下器件特征参数变化速度更快,幅度更大,证明了所提试验方法及系统的有效性。 展开更多
关键词 gan器件 质子辐照 电场 综合试验
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基于GaN器件的高效图腾柱无桥PFC电路设计 被引量：1
15
作者 郑润民 李堂 毛行奎 《电器与能效管理技术》 2023年第11期41-47,共7页
GaN器件因其良好的开关性能被广泛应用于图腾柱无桥PFC电路。在电感电流临界连续模式(CRM)下,图腾柱无桥PFC通过合理的控制可以实现开关管全输入电压范围软开关。针对传统电流过零检测(ZCD)电路的控制方式存在控制时序复杂的问题,提出... GaN器件因其良好的开关性能被广泛应用于图腾柱无桥PFC电路。在电感电流临界连续模式(CRM)下,图腾柱无桥PFC通过合理的控制可以实现开关管全输入电压范围软开关。针对传统电流过零检测(ZCD)电路的控制方式存在控制时序复杂的问题,提出了一种基于电流状态检测电路的软开关控制策略,降低控制的复杂程度;采用交错并联结构降低EMI滤波器的设计压力;并利用解耦磁集成技术将两相电路的功率电感进行磁集成。最终,搭建了一台3000 W基于GaN器件的交错并联图腾柱无桥PFC整流器,通过实验验证了所提电路设计方案的有效性。 展开更多
关键词 gan器件 交错并联图腾柱无桥PFC 集成电感 iTHD
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基于GaN器件大功率双向DC/DC变换器的设计与仿真 被引量：5
16
作者 刘晓悦 白尚维 陈瑞 《电源技术》 CAS 北大核心 2021年第1期96-100,共5页
介绍了一种新的高功率双向隔离式DC/DC变换器作为高功率转换系统的主要电路。DC/DC变换器使用基于氮化镓(GaN)的功率开关器件。对10 kWGaN大功率DC/DC变换器的拓扑结构进行了优化、参数化和分析,并通过仿真和实验验证了其有效性。它由... 介绍了一种新的高功率双向隔离式DC/DC变换器作为高功率转换系统的主要电路。DC/DC变换器使用基于氮化镓(GaN)的功率开关器件。对10 kWGaN大功率DC/DC变换器的拓扑结构进行了优化、参数化和分析,并通过仿真和实验验证了其有效性。它由使用新型的GaN晶体管组成的两个单相全桥电路、两个输入/输出电感和一个高频变压器组成。变压器在实现两个全桥变换器之间的电气隔离方面起着至关重要的作用。使用MATLAB仿真软件对10 kW的变换器进行了建模。MATLAB仿真结果验证了变换器的性能适合于高功率应用并能实现轻负载条件下的零电压开通(ZVS)和零电流关断(ZCS)。然后,设计了一个10 kW的实验原型,以验证所设计拓扑的有效性。 展开更多
关键词 双向DC/DC变换器 软开关 大功率 电气隔离 gan器件
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一种基于GaN器件大功率双向DC/DC变换器 被引量：2
17
作者 刘晓悦 白尚维 陈瑞 《电子器件》 CAS 北大核心 2021年第1期46-51,共6页
本文介绍了一种新的高功率双向隔离式DC/DC变换器。DC/DC转换器使用基于氮化镓(GaN)的功率开关器件。本文对10 kW GaN大功率DC/DC变换器的拓扑结构进行了优化,参数化和分析,并通过仿真和验证了其有效性。它由两个单相全桥电路、两个输... 本文介绍了一种新的高功率双向隔离式DC/DC变换器。DC/DC转换器使用基于氮化镓(GaN)的功率开关器件。本文对10 kW GaN大功率DC/DC变换器的拓扑结构进行了优化,参数化和分析,并通过仿真和验证了其有效性。它由两个单相全桥电路、两个输入输出电感和一个高频变压器组成。高频变压器在实现两个全桥变换器之间的电流隔离方面起着至关重要的作用。使用MATLAB仿真软件对10 kW的变换器进行了建模。MATLAB仿真结果验证了变换器的性能适合于高功率应用并能实现轻负载条件下的零电压开通(ZVS)和零电流关断(ZCS)。然后,设计了一个7 kW的实验原型,以验证所设计拓扑的有效性。 展开更多
关键词 双向DC/DC变换器 软开关 大功率 电气隔离 gan器件
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高功率微波GaN器件研究现状与发展趋势 被引量：5
18
作者 李国熠 滑育楠 邬海峰 《电子世界》 2018年第10期89-90,共2页
本文在分析目前GaN高功率微波器件研究现状的基础上,总结了GaN高功率微波器件及芯片的关键技术和发展趋势,仅供相关领域的学者参考。
关键词 高功率微波器件 gan器件 研究现状 发展趋势
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应用于LLC谐振变换器的GaN器件及其驱动电路设计
19
作者 林志杰 董纪清 《电气开关》 2021年第2期42-47,共6页
随着新一代宽禁带器件的出现,应用于LLC谐振变换器上的功率半导体器件的总体性能有了进一步的提高。本文以氮化镓晶体管为研究对象,首先对氮化镓材料进行了介绍,接着分析了氮化镓晶体管的分类和特性,然后详细分析了驱动电路的设计,阐述... 随着新一代宽禁带器件的出现,应用于LLC谐振变换器上的功率半导体器件的总体性能有了进一步的提高。本文以氮化镓晶体管为研究对象,首先对氮化镓材料进行了介绍,接着分析了氮化镓晶体管的分类和特性,然后详细分析了驱动电路的设计,阐述了高频下驱动回路电感对驱动信号的影响,并通过合理的驱动回路布线,减小了驱动回路的线路电感,增加了电路的可靠性。最后设计了一台试验样机验证了该驱动电路设计方案的可行性。 展开更多
关键词 gan器件 LLC谐振变换器 驱动电路
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基于神经网络PSD算法的GaN器件变流器控制系统设计
20
作者 丁一原 徐维 《电源学报》 CSCD 北大核心 2023年第3期193-199,共7页
伴随电力电子技术在环保节能、智能电网中的应用,高压大功率的电力电子设备得到大力推广。GaN器件变流器因其特殊的控制性能变成大功率、高压化控制的核心。设计了一种基于神经网络PSD算法的GaN器件变流器控制系统。当GaN器件变流器出... 伴随电力电子技术在环保节能、智能电网中的应用,高压大功率的电力电子设备得到大力推广。GaN器件变流器因其特殊的控制性能变成大功率、高压化控制的核心。设计了一种基于神经网络PSD算法的GaN器件变流器控制系统。当GaN器件变流器出现异常后,系统中故障信息采集模块能够高效采集GaN器件变流器异常信息并传输至自适应控制模块,自适应控制模块采用神经网络PSD算法,实现GaN器件变流器自适应控制。仿真结果表明:所设计系统对GaN器件变流器的功率、直流电流、环流以及电容电压可实现高精度控制,且该系统控制下交流器输出电压质量佳,相间短路、两相接地短路故障率得以降低,运行效率高。 展开更多
关键词 逆向 预测 gan器件 交流 自适应控制 故障
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