DOI: https://doi.org/10.20998/2074-272X.2020.3.06

МОДЕЛЮВАННЯ РЕЖИМІВ РОБОТИ ТА ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ЗАВАД ПЕРЕТВОРЮВАЧА НА GaN ТРАНЗИСТОРАХ

Y. O. Onikienko, V. V. Pilinsky, P. V. Popovych, V. S. Lazebnyi, O. I. Smolenska, V. S. Baran

Анотація


У роботі досліджено вплив частоти перетворення на ефективність роботи напівмостового перетворювача на GaN транзисторах. Наведено результати комп’ютерного моделювання такого перетворювача з урахуванням втрат на різних частотах. Показано, що запропонована комп’ютерна модель дозволяє визначити рівень струму споживання, а, отже, і ККД напівмостового перетворювача на GaN транзисторах. Моделювання з параметрами, взятими зі схеми від виробника призводить до завищених оцінок споживання струму до 2,3 рази. Зміна параметрів RC-кіл, що формують інтервал «мертвого часу» транзисторів зменшує похибку визначення струму споживання до менш як 5 %. Збільшення тривалості «мертвого часу» суттєво не впливає на точність моделювання несиметричних електромагнітних завад і призводить до зміни їх рівня в межах 3 дБ. У результаті дослідження встановлено, що комп’ютерна модель має достатню точність для оціночних розрахунків, а розглянуті перетворювачі на GaN транзисторах найкраще використовувати з частотами перетворення близько 500 кГц. Такі перетворювачі можуть знайти застосування в джерелах живлення бортової апаратури і автомобільних підсилювачах класу D.

Ключові слова


GaN-транзистори; комп’ютерне моделювання; електромагнітні завади; енергоефективність

Повний текст:

PDF ENG (English) PDF UKR

Посилання


Tüysüz A., Bosshard R. Kolar J.W. Performance comparison of a GaN GIT and a Si IGBT for high-speed drive applications. 2014 International Power Electronics Conference (IPEC-Hiroshima 2014 – ECCE ASIA), Hiroshima, 2014, pp. 1904-1911. doi: 10.1109/IPEC.2014.6869845.

Lee D., Soh M.Y., Teo T.H., Yeo K.S. Evaluation of Low Voltage Rectifier Design Using IGBT, MOSFET, and GaN FETs. TENCON 2018 – 2018 IEEE Region 10 Conference, Jeju, Korea (South), 2018, pp. 0389-0393. doi: 10.1109/TENCON.2018.8650321.

Biela J., Schweizer M., Waffler S., Kolar J.W. SiC versus Si–Evaluation of Potentials for Performance Improvement of Inverter and DC–DC Converter Systems by SiC Power Semiconductors. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2011, vol. 58, no. 7, pp. 2872-2882. doi: 10.1109/TIE.2010.2072896.

Han D., Li S., Lee W., Choi W., Sarlioglu B. Trade-off between switching loss and common mode EMI generation of GaN devices-analysis and solution. 2017 IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC), Tampa, FL, 2017, pp. 843-847. doi: 10.1109/apec.2017.7930794.

Liu X., Costa F., Revol B., Gautier C. EMI investigation in a GaN HEMT power module. PCIM Europe 2016; International Exhibition and Conference for Power Electronics, Intelligent Motion, Renewable Energy and Energy Management,Nuremberg,Germany, 2016, pp. 1-8.

Gedz O., Lazebnyi V., Onikienko Y., Vlasjuk A. EMI simulation of GaN power stage for audio class D amplifiers. 2018 14th International Conference on Advanced Trends in Radioelecrtronics, Telecommunications and Computer Engineering (TCSET), Slavske, 2018, pp. 204-207. doi: 10.1109/TCSET.2018.8336187.

Lidow A., Strydom J., de Rooij M., Reusch D., Glaser J. GaN Transistors for Efficient Power Conversion, Third Edition. New York, John Wiley & Sons, 2020. doi: 10.1002/9781119594406.

Ibuchi T., Funaki T. A comparative study on conducted noise characteristics of SiC and GaN power transistor. 2016 International Symposium on Electromagnetic Compatibility – EMC EUROPE, Wroclaw, 2016, pp. 193-198. doi: 10.1109/emceurope.2016.7739169.

Onikienko Y., Pilinsky V., Rodionova M. Conductive EMI of class D audio amplifiers prediction system. 2015 IEEE 35th International Conference on Electronics and Nanotechnology (ELNANO), Kiev, 2015, pp. 437-440. doi: 10.1109/elnano.2015.7146925.

Onikienko Y., Vlasyuk A., Marchenko O., Popovych P., Filipova N., Shevchenko I. High Frequency Half-Bridge GaN-Based Pulse Generator. 2019 IEEE 39th International Conference on Electronics and Nanotechnology (ELNANO), Kyiv, Ukraine, 2019, pp. 700-703. doi: 10.1109/elnano.2019.8783532.


Пристатейна бібліографія ГОСТ


  1. Tüysüz A., Bosshard R. Kolar J.W. Performance comparison of a GaN GIT and a Si IGBT for high-speed drive applications. 2014 International Power Electronics Conference (IPEC-Hiroshima 2014 – ECCE ASIA), Hiroshima, 2014, pp. 1904-1911. doi: 10.1109/IPEC.2014.6869845.
  2. Lee D., Soh M.Y., Teo T.H., Yeo K.S. Evaluation of Low Voltage Rectifier Design Using IGBT, MOSFET, and GaN FETs. TENCON 2018 – 2018 IEEE Region 10 Conference, Jeju, Korea (South), 2018, pp. 0389-0393. doi: 10.1109/TENCON.2018.8650321.
  3. Biela J., Schweizer M., Waffler S., Kolar J.W. SiC versus Si–Evaluation of Potentials for Performance Improvement of Inverter and DC–DC Converter Systems by SiC Power Semiconductors. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2011, vol. 58, no. 7, pp. 2872-2882. doi: 10.1109/TIE.2010.2072896.
  4. Han D., Li S., Lee W., Choi W., Sarlioglu B. Trade-off between switching loss and common mode EMI generation of GaN devices-analysis and solution. 2017 IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC), Tampa, FL, 2017, pp. 843-847. doi: 10.1109/apec.2017.7930794.
  5. Liu X., Costa F., Revol B., Gautier C. EMI investigation in a GaN HEMT power module. PCIM Europe 2016; International Exhibition and Conference for Power Electronics, Intelligent Motion, Renewable Energy and Energy Management,Nuremberg,Germany, 2016, pp. 1-8.
  6. Gedz O., Lazebnyi V., Onikienko Y., Vlasjuk A. EMI simulation of GaN power stage for audio class D amplifiers. 2018 14th International Conference on Advanced Trends in Radioelecrtronics, Telecommunications and Computer Engineering (TCSET), Slavske, 2018, pp. 204-207. doi: 10.1109/TCSET.2018.8336187.
  7. Lidow A., Strydom J., de Rooij M., Reusch D., Glaser J. GaN Transistors for Efficient Power Conversion, Third Edition. New York, John Wiley & Sons, 2020. doi: 10.1002/9781119594406.
  8. Ibuchi T., Funaki T. A comparative study on conducted noise characteristics of SiC and GaN power transistor. 2016 International Symposium on Electromagnetic Compatibility – EMC EUROPE, Wroclaw, 2016, pp. 193-198. doi: 10.1109/emceurope.2016.7739169.
  9. Onikienko Y., Pilinsky V., Rodionova M. Conductive EMI of class D audio amplifiers prediction system. 2015 IEEE 35th International Conference on Electronics and Nanotechnology (ELNANO), Kiev, 2015, pp. 437-440. doi: 10.1109/elnano.2015.7146925.
  10. Onikienko Y., Vlasyuk A., Marchenko O., Popovych P., Filipova N., Shevchenko I. High Frequency Half-Bridge GaN-Based Pulse Generator. 2019 IEEE 39th International Conference on Electronics and Nanotechnology (ELNANO), Kyiv, Ukraine, 2019, pp. 700-703. doi: 10.1109/elnano.2019.8783532.




Copyright (c) 2020 Y. O. Onikienko, V. V. Pilinsky, P. V. Popovych, V. S. Lazebnyi, O. I. Smolenska, V. S. Baran


This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

ISSN 2074–272X (Print)
ІSSN 2309–3404 (Online)