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GaN器件在软开关和硬开关条件下的特性分析与对比

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作为第三代半导体材料，氮化镓(GaN)材料比硅(Si)材料具有更高的禁带宽度、更高的击穿场强、更高的电子饱和偏移率以及更高的熔点和热导率。使用GaN器件可进一步提高变换器的开关频率，进而提高变换器的功率密度。随着开关频率的提高，硬开关带来的开关损耗将显著增大，同时，较高的dv/dt对变换器的抗干扰能力也提出了更高的要求。保证开关管实现软开关可以减小开关损耗，同时降低开关噪声对变换器所产生的干扰。然而，为实现软开关，变换器中的电流有效值将显著增大，增加了变换器中各支路的导通损耗。基于此，本文首先分析了GaN器件在硬开关和软开关的条件下的工作特性，并进行了详细的损耗分析。然后，以同步整流Buck变换器为例，给出了硬开关和软开关两种工作模式下，变换器的工作情况和效率对比。实验结果表明，与硬开关相比，软开关工作条件下变换器受干扰较小，可靠性更高。同时，在轻载条件下，硬开关工作时效率较高，而在重载条件下，软开关工作时效率更高。