더 효율적인 에너지 사용의 요구에 따라 실리콘 기반 기술뿐만 아니라 질화갈륨(Gallium-Nitride, GaN)과 탄화규소(silicon-carbide, SiC)와 같은 WBG(Wide Band Gap) 전력용 반도체를 사용하는 기술이 지속적으로 발전하고 있다. 다양한 종류의 WBG 소자 중에서 GaN FET은 낮은 온저항, 빠른 스위칭 그리고 높은 절연 내력과 같은 특징을 가진다. 이에 따라 GaN 기반 시스템은 ...
더 효율적인 에너지 사용의 요구에 따라 실리콘 기반 기술뿐만 아니라 질화갈륨(Gallium-Nitride, GaN)과 탄화규소(silicon-carbide, SiC)와 같은 WBG(Wide Band Gap) 전력용 반도체를 사용하는 기술이 지속적으로 발전하고 있다. 다양한 종류의 WBG 소자 중에서 GaN FET은 낮은 온저항, 빠른 스위칭 그리고 높은 절연 내력과 같은 특징을 가진다. 이에 따라 GaN 기반 시스템은 Si 기반 시스템보다 고주파 스위칭을 할 수 있으므로 시스템의 수동 소자 부피를 줄일 수 있다. 이러한 장점들로 인해 GaN이 전력용 반도체 제작에 우수한 재료로 주목받고 있다. 시스템의 고효율, 높은 전력밀도를 확보하기 위해 본 논문에서는 GaN 전력 소자 기반의 인터리브드 토템폴 부스트 PFC 컨버터를 선정하였고 본 토폴로지에 대하여 해석 및 설계를 진행하였다. 또한, 토템폴 PFC의 모델링, 제어 기법에 관하여 상세히 검토하였고, GaN 스위칭 소자의 선정과 이중 펄스 시험(Double pulse test)을 통하여 스위칭 성능을 예측하였다. 실험적 검증을 위하여 3kW 100kHz의 시작품을 제작하였고, 측정한 효율은 최대 98.54%를 달성하였다.
더 효율적인 에너지 사용의 요구에 따라 실리콘 기반 기술뿐만 아니라 질화갈륨(Gallium-Nitride, GaN)과 탄화규소(silicon-carbide, SiC)와 같은 WBG(Wide Band Gap) 전력용 반도체를 사용하는 기술이 지속적으로 발전하고 있다. 다양한 종류의 WBG 소자 중에서 GaN FET은 낮은 온저항, 빠른 스위칭 그리고 높은 절연 내력과 같은 특징을 가진다. 이에 따라 GaN 기반 시스템은 Si 기반 시스템보다 고주파 스위칭을 할 수 있으므로 시스템의 수동 소자 부피를 줄일 수 있다. 이러한 장점들로 인해 GaN이 전력용 반도체 제작에 우수한 재료로 주목받고 있다. 시스템의 고효율, 높은 전력밀도를 확보하기 위해 본 논문에서는 GaN 전력 소자 기반의 인터리브드 토템폴 부스트 PFC 컨버터를 선정하였고 본 토폴로지에 대하여 해석 및 설계를 진행하였다. 또한, 토템폴 PFC의 모델링, 제어 기법에 관하여 상세히 검토하였고, GaN 스위칭 소자의 선정과 이중 펄스 시험(Double pulse test)을 통하여 스위칭 성능을 예측하였다. 실험적 검증을 위하여 3kW 100kHz의 시작품을 제작하였고, 측정한 효율은 최대 98.54%를 달성하였다.
Over last few years, more attention is focused on increasing efficiency at power factor correction applications, resulting in developments of not only silicon technologies but Wide Band Gap(WBG) such as Gallium-Nitride(GaN) and silicon-carbide(SiC). Among various WBG devices, GaN FET has characteris...
Over last few years, more attention is focused on increasing efficiency at power factor correction applications, resulting in developments of not only silicon technologies but Wide Band Gap(WBG) such as Gallium-Nitride(GaN) and silicon-carbide(SiC). Among various WBG devices, GaN FET has characteristics such as fast switching, low on resistance, and high breakdown voltage. Unlike silicon-based systems, the ability of GaN-based systems to switch at high frequency allows the systems to shrink their size of passive components. Because of these advantages, gallium nitride has emerged as an fine material for the manufacture of power semiconductor devices. In order to achieve the systems’s high efficiency and power density, this paper selects an interleaved totem-pole boost PFC converter based on GaN power device and describes the research on the design and control of this topology. In addition, the modeling and control techniques of totem pole PFC are reviewed in detail, and the switching performance of the selected GaN power semiconductor device was predicted through double pulse test. The 3kW 100kHz prototype product was built for experimental verification and the measured efficiency was achieved up to 98.54%.
Over last few years, more attention is focused on increasing efficiency at power factor correction applications, resulting in developments of not only silicon technologies but Wide Band Gap(WBG) such as Gallium-Nitride(GaN) and silicon-carbide(SiC). Among various WBG devices, GaN FET has characteristics such as fast switching, low on resistance, and high breakdown voltage. Unlike silicon-based systems, the ability of GaN-based systems to switch at high frequency allows the systems to shrink their size of passive components. Because of these advantages, gallium nitride has emerged as an fine material for the manufacture of power semiconductor devices. In order to achieve the systems’s high efficiency and power density, this paper selects an interleaved totem-pole boost PFC converter based on GaN power device and describes the research on the design and control of this topology. In addition, the modeling and control techniques of totem pole PFC are reviewed in detail, and the switching performance of the selected GaN power semiconductor device was predicted through double pulse test. The 3kW 100kHz prototype product was built for experimental verification and the measured efficiency was achieved up to 98.54%.
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