基于新型半導體材料氮化鎵（GaN）的全橋逆變實驗裝置

李宇　曹桂梅

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

關鍵詞 氮化鎵（GaN） 全橋拓撲 逆變器

隨著經濟水平的提高以及電子產品的迅猛發展，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品均使用的交流電，近年來小型便攜式逆變器發展迅猛，但由于傳統以場效應管、IGBT為開關器件的逆變器效率不高（通常為50%-70%），且存在發熱嚴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為驅動回路寄生電感；Ls為驅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的全橋逆變拓撲分析

如圖2所示，氮化鎵（GaN）GS66502的全橋逆變拓撲分為上下四個橋臂，由四個GaN開關管構成，采用SPWM波調制，工作時開關管在高頻條件下通斷。當所有的功率管都截止時，每個功率管只承擔一半的電壓。每個橋臂都由一個GaN和它內部集成的反向續流通道組成。

在t1時刻前Q1和Q4導通，輸出電壓U0為Ud，t1時刻Q1和柵極信號反向，Q4截止，而因負載電感中的電流不能突變，Q3不能立刻導通，通過反向續流通道③續流。因為Q1和續流通道同時導通，輸出電壓為零；t2時刻Q1和Q2柵極信號反向，Q1截止，而Q2不能立刻導通，通過反向續流通道④續流，和續流通道③構成電流通道，輸出電壓為-Ud。到負載電流過零并開始反向時，反向續流通道③、④截止，Q2和Q3開始導通，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不能立即導通，通過⑥續流U0Z再次為零，輸出電壓U的正負脈沖寬度各為%a，改變%a，可以調節輸出電壓。自此，一個逆變周期完成，后續過程類似。

3結束語

本文在分析氮化鎵（GaN）GS66502的等效電路基礎上對基于新型半導體材料氮化鎵（GaN）的全橋拓撲進行了詳細分析，論證了該全橋實驗裝置的可行性及突出優點。

參考文獻

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