Minimizing high-frequency switching losses in wideband gan hemts for flyback converters

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.authorArseniuk, Dmytro O.
dc.contributor.authorZinkovskyi, Yuriy F.
dc.date.accessioned2024-02-29T08:37:10Z
dc.date.available2024-02-29T08:37:10Z
dc.date.issued2023
dc.description.abstractBackground. In the realm of pulse power supplies, flyback converters play a pivotal role in efficient voltage conversion and providing electrical isolation. Typically, these converters utilize silicon transistors. However, they encounter several issues that hinder their energy efficiency and operational stability. A primary concern is the increase in switching losses at high frequencies. This is attributed to the lower switching speed and higher on-state resistance characteristic of silicon transistors. Such inefficiency leads to substantial power dissipation, thereby reducing overall efficiency. Additionally, the heat generated from these losses necessitates complex temperature control systems, increasing operational burden and affecting the reliability and longevity of the converters. Furthermore, the operational frequency of these converters is limited. While operating at higher frequencies is beneficial for reducing the size of passive components, it exacerbates the problems of switching losses and heat dissipation in silicon transistors. Objective. This article aims to conduct a comprehensive study and optimization of flyback converters based on High Electron Mobility Transistors (HEMT) made of Gallium Nitride (GaN), focusing on minimizing losses in high-frequency switching. The study delves into the intrinsic properties of GaN HEMTs, highlighting their superior characteristics compared to traditional silicon counterparts, and emphasizes the circuit design methods for minimizing losses and their features. Method. The research involved a detailed analysis of the switching losses of GaN HEMTs under high-frequency switching conditions. Using computer simulation models, the study examines the impact of various parameters, such as currents and voltages on the GaN transistor, power dissipation, and the output characteristics of the device with different circuit topologies on the performance and efficiency of switching. Results. The results provide insights into the optimization strategies of topology, particularly the use of transistor gate drivers and snubber circuits, which are crucial for enhancing the overall efficiency and reliability of flyback converters. Conclusions. The article offers an in-depth analysis into optimizing high-frequency flyback converters using GaN HEMTs, providing valuable guidance for devices requiring compact power sources, such as in small aircraft systems and telecommunications networks.
dc.description.abstractotherПроблематика. У сфері імпульсних джерел живлення зворотні перетворювачі відіграють ключову роль для ефективного перетворення напруги та забезпечення електричної ізоляції. Зазвичай ці перетворювачі базуються на кремнієвих транзисторах, однак вони стикаються з проблемами, що перешкоджають їхній енергоефективності та стабільності роботи, зокрема зі збільшенням втрат на перемикання на високих частотах. Це пояснюється нижчою швидкістю перемикання та високим опором у відкритому стані, що є характерним для кремнієвих транзисторів. Така неефективність призводить до значного розсіювання потужності, знижуючи загальну ефективність. Тепло, що виділяється внаслідок цих втрат, вимагає складних систем контролю температури, що збільшує експлуатаційне навантаження та впливає на надійність і довговічність перетворювачів. Крім того, обмеження робочої частоти цих перетворювачів ускладнює роботу на вищих частотах, що було б вигідним для зменшення розміру пасивних компонентів, але погіршує проблеми втрат на комутацію та виділення тепла в кремнієвих транзисторах. Мета дослідження. Ця стаття має на меті провести комплексне дослідження та оптимізацію зворотноходових перетворювачів на основі транзисторів з високою рухливістю електронів (HEMT) з нітриду галію (GaN), фокусуючись на мінімізації втрат при високочастотному перемиканні. Дослідження охоплює внутрішні властивості GaN HEMT, виокремлюючи їх переваги порівняно з традиційними кремнієвими аналогами, та акцентує увагу на схемотехнічних засобах мінімізації втрат і їх особливостях. Метод. У дослідженні було проведено детальний аналіз комутаційних втрат GaN HEMT при високочастотному перемиканні. Використовуючи комп'ютерні імітаційні моделі, досліджено вплив різних параметрів, таких як струми та напруги на транзисторі GaN, розсіювана потужність і вихідні характеристики пристрою з різними топологіями схем на ефективність комутації. Результати дослідження. Результати надають уявлення про стратегії оптимізації топології, включаючи використання драйверів затвору транзистора та ланцюгів демпфера, які мають ключове значення для підвищення загальної ефективності та надійності зворотноходових перетворювачів. Висновки. Стаття пропонує глибоке дослідження оптимізації високочастотних зворотноходових перетворювачів, використовуючи GaN HEMT, і пропонує цінні вказівки для приладів, які потребують компактних джерел живлення, наприклад, у системах малих літаків та телекомунікаційних мережах.
dc.format.pagerangePp. 53-60
dc.identifier.citationArseniuk, D. Minimizing high-frequency switching losses in wideband gan hemts for flyback converters / Arseniuk Dmytro O., Zinkovskyi Yuriy F. // Information and telecommunication sciences : international research journal. – 2023. – Vol. 14, N. 2. – Pp. 53-60. – Bibliogr.: 6 ref.
dc.identifier.doihttps://doi.org/10.20535/2411-2976.22023.53-60
dc.identifier.orcid0000-0003-2022-0599
dc.identifier.orcid0000-0003-4234-3549
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/65082
dc.language.isoen
dc.publisherNational Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute"
dc.publisher.placeKyiv
dc.relation.ispartofInformation and telecommunication sciences: international research journal, Vol. 14, N. 2
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
dc.subjectflyback converters
dc.subjectAC-DC
dc.subjectSMPS
dc.subjectgallium nitride
dc.subjectGaN
dc.subjectwide bandgap semiconductors
dc.subjectзворотні перетворювачі
dc.subjectнітрид галію
dc.subjectширокозонні напівпровідники
dc.subject.udc621.314.58
dc.titleMinimizing high-frequency switching losses in wideband gan hemts for flyback converters
dc.title.alternativeМінімізація комутаційних втрат на високих частотах у широкозонних нітрид галієвих транзисторів з високою рухливістю електронів для зворотноходових перетворювачів
dc.typeArticle

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
293099-676794-1-10-20231214.pdf
Розмір:
912.31 KB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
8.98 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Information and telecommunication sciences: international research journal, Vol. 14, N. 2