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与传统硅(Si)功率器件相比,宽禁带功率半导体器件有很多出色的性能,其中碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)功率器件应用越来越广泛,有可能在未来全面替代Si功率器件而成为下一代功率半导体器件。目前对宽禁带功率半导体器件性能的研究还不够完善,不同器件制造商所提供器件手册的测试条件各异,一些器件特性数据未提供,无法在相同测试条件下对GaN、SiC、Si三种材料的功率器件进行特性分析和比较。宽禁带功率半导体器件应用中最大的挑战是高速开关下寄生参数对器件特性的影响更加显著,为了分析寄生参数对开关特性的影响需要建立宽禁带半导体器件解析模型,而目前高耐压GaN功率晶体管中采用的共栅共源结构解析模型研究还很不成熟。本文从器件损耗的角度,在不同条件下对SiC MOSFET、GaN功率晶体管及Si功率器件做详细的测试、比较和分析。文中首先测试了不同驱动电压、驱动电阻、电流、温度下SiC MOSFET、GaN功率晶体管及Si功率器件的导通特性和开关特性,并进行导通损耗和开关损耗计算,对宽禁带功率半导体器件损耗随着驱动电压、驱动电阻、电流、温度的变化规律进行了分析。然后在逆变器应用中对不同器件工作状态进行分析进而对器件整体损耗进行仿真计算及实验。此外,GaN功率晶体管存在反并二极管关断时的电压尖刺过高,阈值电压低且驱动回路易受干扰的问题,本文给出了应用中的注意事项。最后,本文针对共栅共源结构GaN功率晶体管进行开关过程分析及建模,考虑了共栅共源结构中PCB和引线寄生电感以及器件结电容,计算得出共栅共源结构GaN功率器件开关过程中电压电流时域表达式,得到开关过程波形及损耗,模型与实验结果较吻合。