周宏瑞 许寰生 谢晓霞 陈作铭 秦毅基

（广西电网有限公司北海供电局 北海 536006）

1 引言

随着电力市场需求的不断增长，电力变压器向着高效率和高功率密度方向发展，高性能电力半导体器件对于满足效率和和密度要求必不可少［1～3］。例如，碳化硅（SiC）［4］和氮化镓（GaN）器件［5］等新型宽带隙（WBG）半导体器件具有低传导电阻和低结电容等特性。

GaN 器件是高电子迁移率晶体管（HEMT），其采用横向结构制造［6］，内部氮化铝镓/氮化镓（Al-GaN/GaN）的异质结可提供高电子迁移率，因此具有低传导电阻，并且GaN 材料具有比Si 材料高10倍的电击穿场［7］。GaN 器件由于具有横向结构且不存在空间电荷区（PN 结），使得它还具有零反向恢复电荷的能力［8］。由耗尽型GaN HEMT 和低压Si金氧半场效晶体管（MOSFET）串联组成的阻断电压升可以达到600V 以上，从而形成坚固的栅极和稳定的阈值电压［9］。因此，这类串联组成的共源共栅结构器件已逐渐使用在商业及工业用电中［10～12］。

本文建立了器件和LLC 谐振变换器设计参数与器件和变压器绕组损耗之间的关系。比较了400-12V，300W，1MHz LLC 谐振变换器中 GaN HEMT 和Si MOSFET 器件的损耗，提出了由不对称的初级侧和次级侧电流引起的额外绕组损耗分析方法，并给出了器件参数与变压器绕组损耗之间的关系。通过实验模拟了基于Si 和基于GaN 的变换器的整体损耗分析和比较。

2 GaN器件的优点

2.1 设备参数与损耗之间的关系

半桥LLC 谐振变换器拓扑如图1 所示，谐振处波形如图2 所示。在死区时间（t1～t2）内，Q2的漏源电压通过充磁电流ILm放电器件输出电容直至降至零，然后Q2随着ZVS打开。……