面向光伏逆变系统的氮化镓功率器件应用研究
面向光伏逆变系统的氮化镓功率器件应用研究【摘要】:随着新能源并网技术的发展,对电力电子器件的性能和可靠性的要求也日益苛刻,以硅材料为基础的传统电力电子器件已经逐步逼近由材料物理特性
【学位授予单位】:北京交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TN304;TM615
【目录】:
- 致谢5-6
- 摘要6-8
- ABSTRACT8-13
- 1 引言13-27
- 1.1 光伏逆变系统的发展趋势14-20
- 1.2 微型光伏逆变器的研究热点20-22
- 1.3 氮化镓功率器件在微型逆变器中的研究进展及存在的问题22-25
- 1.3.1 氮化镓功率器件的应用特性23
- 1.3.2 氮化镓功率器件保护电路设计23-24
- 1.3.3 电路寄生参数影响及布局优化设计研究24-25
- 1.4 本文主要研究内容25-27
- 2 GaN HEMT器件结构及其应用特性研究27-55
- 2.1 增强型GaN HEMT器件结构及其工作原理27-32
- 2.1.1 增强型GaN HEMT的基本结构28
- 2.1.2 AlGaN/GaN异质结构中的二维电子气28-29
- 2.1.3 增强型GaN HEMT的工作原理29-30
- 2.1.4 增强型GaN HEMT的关键参数30-31
- 2.1.5 增强型GaN HEMT器件性能31-32
- 2.2 增强型GaN HEMT的输入(驱动)特性32-37
- 2.2.1 增强型GaN HEMT驱动要求33-35
- 2.2.2 增强型GaN HEMT开通、关断速度35-37
- 2.3 增强型GaN HEMT的输出特性37-41
- 2.3.1 增强型GaN HEMT的反向导通机理37-38
- 2.3.2 增强型GaN HEMT的输出特性曲线38-39
- 2.3.3 增强型GaN HEMT的反向导通控制策略39-40
- 2.3.4 增强型GaN HEMT工作模态分析40-41
- 2.4 Cascode GaN HEMT器件结构及其工作原理41-45
- 2.4.1 Cascode GaN HEMT器件结构41-42
- 2.4.2 Cascode GaN HEMT工作原理及模态分析42-45
- 2.5 Cascode GaN HEMT的应用特性45-50
- 2.5.1 Cascode GaN HEMT的输入(驱动)特性45-47
- 2.5.2 Cascode GaN HEMT中Si MOSFET的输出特性47-48
- 2.5.3 Cascode GaN HEMT中高压耗尽型GaN HEMT输出特性48-49
- 2.5.4 Cascode GaN HEMT的输出特性49-50
- 2.6 GaN HEMT仿真与实验验证50-53
- 2.7 本章小结53-55
- 3 GaN HEMT驱动布局优化及保护电路设计研究55-75
- 3.1 引言55
- 3.2 增强型GaN HEMT驱动回路设计要素55-58
- 3.2.1 栅极驱动电路的环路电感55-57
- 3.2.2 栅极驱动电阻的选取57-58
- 3.3 增强型GaN HEMT驱动电路设计优化58-65
- 3.4 增强型GaN HEMT双管并联应用设计65-69
- 3.4.1 增强型GaN HEMT器件特性受温度的影响65-67
- 3.4.2 增强型GaN HEMT双管并联的PCB布局设计67
- 3.4.3 增强型GaN HEMT并联电路实验结果67-69
- 3.5 GaN HEMT过流保护电路设计69-74
- 3.5.1 GaN HEMT过流保护电路电路设计70-72
- 3.5.2 过流保护电路仿真验证72
- 3.5.3 过流保护电路实验验证72-74
- 3.6 本章小结74-75
- 4 增强型GaN HEMT在光伏系统DC/DC电路的应用研究75-97
- 4.1 引言75
- 4.2 增强型GaN HEMT动态特性75-78
- 4.2.1 增强型GaN HEMT通态阻抗76-77
- 4.2.2 增强型GaN HEMT输出电容损耗77
- 4.2.3 增强型GaN HEMT的反向恢复特性77-78
- 4.3 增强型GaN HEMT交错正反激DC/DC电路及工作原理78-81
- 4.4 GaN HEMT交错正反激DC/DC电路优化设计81-85
- 4.4.1 耦合电感漏感控制81-83
- 4.4.2 GaN HEMT死区时间优化控制83-85
- 4.5 增强型GaN HEMT交错正反激DC/DC电路的损耗分析85-89
- 4.5.1 增强型GaN HEMT交错正反激DC/DC电路器件选型85-86
- 4.5.2 增强型GaN/HEMT交错正反激DC/DC电路损耗分析86-89
- 4.6 交错正反激DC/DC电路仿真验证89-91
- 4.6.1 交错正反激DC/DC电路仿真89-90
- 4.6.2 二极管寄生电容参数的影响90-91
- 4.7 交错正反激DC/DC电路实验验证91-95
- 4.7.1 GaN HEMT实验验证91-93
- 4.7.2 GaN二极管实验波形对比93-95
- 4.8 本章小结95-97
- 5 Cascode GaN HEMT在光伏系统逆变电路的应用研究97-125
- 5.1 引言97
- 5.2 考虑寄生参数的Cascode GaN HEMT器件结构97-98
- 5.3 单相逆变器中Cascode GaN HEMT动态过程分析98-111
- 5.3.1 Cascode GaN HEMT正向导通过程分析99-104
- 5.3.2 Cascode GaN HEMT正向关断过程分析104-107
- 5.3.3 Cascode GaN HEMT反向续流导通过程分析107-108
- 5.3.4 Cascode GaN HEMT反向续流关断过程分析108-111
- 5.4 基于Cascode GaN HEMT单相逆变器的损耗分析111-113
- 5.5 影响电压尖峰的寄生参数主要因素113-116
- 5.5.1 Cascode GaN HEMT寄生电感的影响113-114
- 5.5.2 Cascode GaN HEMT器件封装及布局方式114-116
- 5.6 基于Cascode GaN HEMT的单相逆变器仿真及实验验证116-122
- 5.7 基于GaN HEMT两级微型逆变器实验验证122-124
- 5.8 本章小结124-125
- 6 结论125-127
- 参考文献127-137
- 作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果137-141
- 学位论文数据集141
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