Srovnání a optimalizace topologií pro DC/DC konverzi energie s použitím technologie GaN FET pro měniče s vysokou účinností a objemovou hustotou výkonu
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií
Abstract
Táto práca je zameraná na analýzu súčastného stavu GaN polovodičovej techniky vo výkonovej elektronike a jej aplikáciu v DC/DC meničoch, optimalizovaných na účinnosť a vysokú objemovú hustotu výkonu s cielom použitia v serveroch a telekomunikačných zariadeniach. Teoretická časť analyzuje problémy a výzvy spojené s novou technológiou GaN, ako napríklad riadenie hradla pre rôzne vnútorné štruktúry dostupné na trhu, optimalizácia plošných spojov pre chladenie minimalizovaných púzdier pre povrchovú montáž s cielom minimalizovať parazitné prvky. V práci je zahrnutý presný výpočet strát pre aktívny usmerňovač realizovaný pomocou novej technológie GaN. Výsledky a nápady získané teoretickou analýzou rôznych problémov sú aplikované pri návrhu prototypu a overené sériou meraní, ktoré dokazujú výhody novej technológie a jej potenciál ovplyvniť aplikácie výkonovej elektroniky okolo nás. Zahrnutý je podrobný popis merania prúdu s veľkou šírkou pásma, fungovania regulačnej slučky a jej implementácie v digitálnom signálnom procesore.
Focus of this thesis is the analysis of the current state of GaN semiconductor technology in power electronics and its application on DC/DC converter, optimized for high efficiency and high power density with the intention to use it in server and telecom applications. The theoretical part analyzes problems and challenges related to novel GaN technology, such as gate driving for various internal structures, layout optimization for cooling of minimized surface mount packages without constraining parasitic elements affecting switching performance. Precise losses calculation for totem-pole power factor correction converter using novel GaN technology is included. Results and ideas resulting from theoretical analysis of various problems are applied in the design of prototype and verified by series of measurements, proving the benefits of novel technology and its potential to impact power electronics applications around us. Deep description of current measurement technique with high bandwidth, control loop operation and its implementation in digital signal processor is included.
Focus of this thesis is the analysis of the current state of GaN semiconductor technology in power electronics and its application on DC/DC converter, optimized for high efficiency and high power density with the intention to use it in server and telecom applications. The theoretical part analyzes problems and challenges related to novel GaN technology, such as gate driving for various internal structures, layout optimization for cooling of minimized surface mount packages without constraining parasitic elements affecting switching performance. Precise losses calculation for totem-pole power factor correction converter using novel GaN technology is included. Results and ideas resulting from theoretical analysis of various problems are applied in the design of prototype and verified by series of measurements, proving the benefits of novel technology and its potential to impact power electronics applications around us. Deep description of current measurement technique with high bandwidth, control loop operation and its implementation in digital signal processor is included.
Description
Keywords
GaN polovodiče, Chladenie minimalizovaných púzdier pre povrchovú montáž, Nová metóda merania dynamického RDSon, Dynamický RDSon, Vysoko účinný menič s GaN, Gallium Nitride semiconductors, Cooling of minimized surface mount devices, Novel RDSon Measurement method, Dynamic RDSon, High Efficiency GaN half bridge, GaN Totem Pole converter
Citation
ŠÍR, M. Srovnání a optimalizace topologií pro DC/DC konverzi energie s použitím technologie GaN FET pro měniče s vysokou účinností a objemovou hustotou výkonu [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií. 2022.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
en
Study field
bez specializace
Comittee
prof. RNDr. Vladimír Aubrecht, CSc. (předseda)
doc. Ing. Ondřej Vítek, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Radoslav Cipín, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Petr Baxant, Ph.D. (člen)
Ing. Zdeněk Wolf (člen)
doc. Ing. Pavel Drábek, Ph.D. - oponent (člen)
prof. Ing. Jiří Lettl, CSc. - oponent (člen)
Date of acceptance
2022-03-16
Defence
Obhajoba proběhla hybridní formou, kdy jeden z členů komise (oponent) byl připojen dálkově pomocí MS Teams. Průběh obhajoby byl nahráván, záznam je uložen na vědeckém oddělení. Online formou proběhlo i anonymní hlasování pomocí nástroje ADoodle. Protokol o hlasování je součástí zprávy o obhajobě.
V rámci obhajoby doktorand seznámil komisi s výsledky své disertační práce, včetně vlastních přínosů. Po skončení prezentace doktoranda jeho školitel seznámil přítomné se svým hodnocením celého průběhu studia. Následovala diskuse k dotazům a připomínkám oponentů. Poté ve veřejné diskusi vystoupili s dotazy/připomínkami k disertační práci prof. Aubrecht, doc. Baxant, Ing. Wolf, prof. Lettl. Písemný záznam dotazů je přílohou protokolu. Všechny dotazy oponentů i v rámci veřejné diskuse byly doktorandem správně vypořádány. V neveřejné diskusi a po tajném hlasování komise konstatovala, že doktorand splnil podmínky par. 47 odst. 4 Zákona o vysokých školách č. 111/98 a lze mu tedy udělit titul doktor - Ph.D.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení