Geliştirme modlu galyum nitrat yüksek taşıyıcı hareketine sahip tranzistörleri kullanarak yüksek verimli yük noktası DA/DA dönüştürücü tasarımı

Abstract

Bu çalışmada geliştirme modlu galyum nitrat tranzistörler kullanarak giriş gerilimi 28V çıkış gerilimi 3.3V olan, 1MHz anahtarlama frekansında 25W çıkış gücüne sahip izole olmayan yük noktası da-da dönüştürücü tasarlanmıştır. Yük noktası dönüştürücünün boyutlarını küçültüp güç yoğunluğunu arttırmak için dönüştürücü yüksek frekansta anahtarlanmıştır. Buna ek olarak dönüştürücüde yüksek verim elde etmek için yumuşak anahtarlama yöntemi kullanılmıştır. Dönüştürücüde güç topolojisi olarak yarı-kare dalga sıfır gerilim anahtarlama indirici çevirici yapısı kullanılmıştır. Yumuşak anahtarlama yapabilmek için harici rezonans pasif elemanlar kullanılmayıp, çıkış bobini ile GaN tranzistörlerin dahili çıkış kondansatörlerinin oluşturduğu L-C rezonans yapısı kullanılmıştır. Teorik olarak tasarımı ve benzetimi yapılan dönüştürücünün bir adet prototip üretimi yapılıp deney ortamında başarıyla test edilmiştir. Dönüştürücünün deneysel çalışmalarında tasarım isterleri karşılanmış olup dönüştürücüden tam yükte % 88.8 verim elde edilmiştir. Dönüştürücünün uydu uygulamalarında kullanılabilmesi için, uzay ortamındaki radyasyonun sebep olduğu toplam iyonlaşma doz etkisini görebilmek için GaN transistörlere gama ışınım testleri yapılmıştır. Radyasyonun birikme miktarına bağlı olarak tranzistörlerin kapı eşik değerlerinde azalma gözlemlenmiştir.

In this study, the design of 1MHz switching frequency and 25W output power level 28 to 3.3V non-isolated point of load converter which uses enhancement mode gallium nitride transistors as switching element is realised. In order to decrease the size and increase power density of the point of load converter, the converter is switched at high frequency. Furthermore soft switching technique is used to increase the efficiency of the converter. Quasi square wave zero voltage (QSW-ZVS) indirici converter is used as power topology in the converter. To achieve soft start, the output filter inductor and output capacitances of GaN transistors are used for resonance rather than the use of discrete passive elements. A prototype of the converter that is designed theoretically and simulated, was made and tested succesfully in laboratary test setup. The design requirements of the converter were met and 88.8 % efficiency was obtained from the converter at full load. In order to use the converter in the satellite applications, the total ionization dose effects to the GaN transistors caused by the radiation in the space environment is investigated in gama radiation tests. The decrease in the gate threshold voltages of the transistors is observed based on the radiation dose amounts.