POWER LOSS CHARACTERIZATION IN COMPACT GAN TRANSISTOR-BASED SYNCHRONOUS BUCK CONVERTERS FOR AERIAL DRONE APPLICATIONS
МЕТОДИКА ОЦІНКИ ВТРАТ У СИНХРОННИХ ПОНИЖУЮЧИХ ПЕРЕТВОРЮВАЧАХ СИСТЕМ ЖИВЛЕННЯ БПЛА НА ОСНОВІ GAN ТРАНЗИСТОРІВ
Сторінки: 28-32. Номер: №6, 2023 (329) 
Автори:
BURKOVSKIY YAROSLAV
National Technical University of Ukraine «Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute»
ORCID ID: 0000-0003-0633-1911
e-mail: yaroslav0590@gmail.com
ZINKOVSKIY YURIY
National Technical University of Ukraine «Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute»
ORCID ID: 0000-0003-4234-3549
e-mail: yuzin@ukr.net
БУРКОВСЬКИЙ ЯРОСЛАВ, ЗІНЬКОВСЬКИЙ ЮРІЙ
Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»
DOI: https://www.doi.org/10.31891/2307-5732-2023-329-6-28-32
Розширена анотація англійською мовою
This article presents a comprehensive analysis of power loss in compact Gallium Nitride (GaN) transistor-based synchronous buck converters, specifically tailored for aerial drone applications (UAV). The study begins by outlining the increasing demand for efficient power management in drones, driven by the need for longer flight times and enhanced performance. The focus then shifts to the utilization of GaN transistors, highlighting their advantages over traditional silicon-based components in terms of efficiency, size, and thermal performance.
The core of the research involves an examination of power loss mechanisms in these converters. This includes both conduction and switching losses, with a particular emphasis on how the unique properties of GaN transistors influence these factors. The methodology adopted for this analysis combines theoretical modeling with empirical data.
Subsequently, the article delves into the design considerations for optimizing these converters. It discusses the balancing act between minimizing power loss and maintaining other critical parameters, such as size, weight, and cost. Practical strategies for achieving this balance are explored, including circuit design optimizations and the selection of appropriate ancillary components.
The findings of this study are significant for engineers and designers in the field of power electronics, particularly those working on aerial drone technology. The solutions provided into the GaN transistor-based synchronous buck converters under real-world conditions offer valuable guidelines for enhancing the efficiency and performance of these systems. Furthermore, the research contributes to the broader understanding of GaN technology in power applications, reinforcing its potential as a superior alternative to traditional silicon solutions.
In conclusion, this article not only provides an analysis of the specific area of power loss in GaN-based converters for drones but also underscores the broader implications and benefits of this technology in advancing the capabilities of power electronic systems.
Keywords: synchronous buck converter, gallium nitride, GaN, UAV, power management, calculation.
Розширена анотація українською мовою
У цій статті представлено комплексний аналіз втрат потужності в транзисторних синхронних понижуючих перетворювачах на основі нітриду галію (GaN), спеціально розроблених для використання в безпілотних літальних апаратах (БПЛА). Дослідження починається з окреслення зростаючого попиту на ефективне управління живленням у безпілотних літальних апаратах, обумовленого потребою в більш тривалому польоті та покращені характеристик, а також аналізу використання GaN транзисторів, підкреслюючи їхні переваги перед традиційними рішеннями на основі кремнію з точки зору ефективності, розміру та теплових характеристик.
Основою дослідження є вивчення механізмів втрати потужності в цих перетворювачах. Це включає втрати як на провідність, так і на комутацію, з оцінкою того, як властивості GaN транзисторів впливають на ці фактори. Методологія, прийнята для цього аналізу, поєднує теоретичне моделювання з емпіричними даними.
Згодом у статті розглядаються конструктивні міркування для оптимізації цих перетворювачів. У ньому обговорюється балансування між мінімізацією втрат електроенергії та збереженням інших критичних параметрів, таких як розмір, вага та вартість. Вивчаються практичні стратегії для досягнення цього балансу, включаючи оптимізацію схеми та вибір відповідних допоміжних компонентів.
Результати цього дослідження є важливими для інженерів у галузі силової електроніки, особливо тих, хто працює над технологіями систем живлення БПЛА. Рішення, використані в синхронних понижуючих перетворювачах на основі GaN транзисторів в реальних умовах, пропонують цінні рішення для підвищення ефективності подібних систем живлення. Крім того, дослідження сприяє ширшому розумінню технології GaN в силовій електроніці, демонструючи її потенціал як кращої альтернативи традиційним кремнієвим рішенням.
У підсумку, ця стаття не тільки містить аналіз конкретної області втрат потужності в перетворювачах на основі GaN для БПЛА, але також підкреслює ширші переваги цієї технології в розширенні можливостей систем живлення.
Ключові слова: синхронний понижуючий перетворювач, нітрид галію, GaN, БПЛА, керування живленням, розрахунок.
