ПОРІВНЯЛЬНИЙ АНАЛІЗ КОМУТАЦІЙНИХ ВТРАТ У ШИРОКОЗОННИХ НІТРИД ГАЛІЄВИХ ПОЛЬОВИХ ТРАНЗИСТОРАХ
COMPARATIVE ANALYSIS OF SWITCHING LOSSES IN WIDE BANDGAP GALLIUM NITRIDE FIELD-EFFECT TRANSISTORS
Сторінки: 173-177 . Номер: №5,т.2 2023 (327)
Автори:
АРСЕНЮК ДМИТРО
Національний технічний університет України
«Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»
https://orcid.org/0000-0003-2022-0599
e-mail: arsedmitry@gmail.com
ЗІНЬКОВСЬКИЙ ЮРІЙ
Національний технічний університет України
«Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»
https://orcid.org/0000-0003-4234-3549
e-mail: yuzin@ukr.net
ARSENIUK DMYTRO
National Technical University of Ukraine
«Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute»
ZINKOVSKYI YURI
National Technical University of Ukraine
«Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute»
DOI: https://www.doi.org/10.31891/2307-5732-2023-327-5-173-177
Анотація мовою оригіналу
У цій статті подано поглиблений аналіз комутаційних втрат в польових транзисторах (FET) на основі нітриду галію (GaN) порівняно з їх аналогами. Метою роботи є ретельна оцінка втрат та оаналіз їх впливу на енергоефективність, надавши важливу інформацію для вдосконалення систем силової електроніки. Напівпровідникові прилади з широкою забороненою зоною стають потенційними конкурентами для силової електроніки завдяки їх стійкості до підвищених напруг та температур. Такі якості роблять їх безцінними у різних галузях, включаючи відновлювані джерела енергії, електромобілі та промислову автоматизацію. Забезпечення їхньої ефективної роботи має першорядне значення для розширення систем перетворення енергії та скорочення втрат енергії.
Представлено детальне порівняльне дослідження, яке порівнює комутаційні втрати в напівпровідникових приладах з широкою забороненою зоною та кремнієвих аналогах. Отримані дані підкреслюють явно виражені переваги напівпровідникових широкозонних приладів з упором на польові транзистори GaN в скороченні комутаційних втрат. Пристрої GaN демонструють помітно менші втрати при вмиканні та вимиканні, що сприяє підвищенню енергоефективності у багатьох сферах. Помітне зниження опору у відкритому стані призводить до значного зменшення втрат на провідність та перемикання, що підкреслює їхню привабливість для високочастотних перетворювачів енергії.
У статті розглядається ключовий характер енергоефективності, ілюструючи, як зниження втрат перемикання в польових транзисторах GaN збільшує загальну ефективність системи. Це наголошує на потенціалі широкозонних напівпровідникових пристроїв у підвищенні продуктивності та енергозбереженні в силовій електроніці, включаючи електромобілі, системи відновлюваних джерел енергії та телекомунікаційні енергетичні інфраструктури.
Ключові слова: нітрид галію, GaN, широкозонні напівпровідники, wide bandgap semiconductors.
Розширена анотація англійською мовою
This paper delivers an in-depth analysis of switching losses in gallium nitride (GaN) field-effect transistors (FETs) vis-à-vis counterparts. The objective is to meticulously quantify these losses and evaluate their repercussions on energy efficiency, furnishing pivotal insights for refining power electronic systems. Wide bandgap semiconductor devices are emerging as potent contenders for power electronics owing to their resilience against elevated voltages and temperatures. Such traits render them invaluable in diverse arenas, including renewable energy, electric vehicles, and industrial automation. Ensuring their proficient operation is paramount to the augmentation of energy conversion systems and curtailment of energy wastage.
A nuanced comparative study contrasting switching losses in wideband semiconductor and silicon devices is presented. The ensuing data underscores the pronounced benefits of wide-bandgap semiconductor devices, with an emphasis on GaN field-effect transistors, in curtailing switching losses. GaN devices manifest notably diminished turn-on and turn-off losses, catalyzing enhanced energy efficiency across multiple domains. The marked decrease in on-state resistance culminates in substantially fewer conduction and switching losses, accentuating their appeal for high-frequency operations.
The discourse underscores the pivotal nature of energy efficiency, illustrating how the mitigated switching losses in GaN field-effect transistors amplify overall system efficacy. This accentuates the potential of wide-bandgap semiconductor devices in bolstering performance and energy conservation within power electronics, spanning electric vehicles, renewable energy systems, and telecommunication power infrastructures.
Keywords: gallium nitride, GaN, wide bandgap semiconductors, switching losses, power electronics
