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基于碳化硅MOSFET的2MHz射频电源的仿真和设计

李智  
【摘要】:射频激励以其击穿电压低、泵浦效率高等优点,日益取代高压直流源成为(CO2激光器的激励源。为了进一步提高射频电源的转换效率、缩小电源系统体积同时提高射频电源的可靠性,射频电源越来越多的采用晶体管来取代传统的电子管来进行功率放大,然而由于技术的限制,半导体晶体管的单管输出功率始终无法和传统的大功率电子管相比较,而且获得每千瓦的输出功率的成本远远大于传统电子管射频电源,这对进一步发展低成本、高可靠性的射频电源非常不利。本文旨在以具有耐压值高、通过电流能力强、热稳定性好的第三代宽禁带新型的碳化硅场效应管(SICMOSFET)为核心,设计出针对(C02激光器工作频率2MHz的低成本、高转换效率的射频电源,主要内容包括以下几方面:(1)首先回顾了CO2激光器发展历程,介绍了(CO2典型应用领域。(2)分析了CO2激光器放电管的放电特性,在此基础上对比分析了常见的几类功率放大器的工作特性,并选择了利用单颗晶体管来实现高效率功率放大的E类拓扑结构为本次功率放大器设计的基础。(3)针对本次射频点烟设计对电路元器件参数进行了计算,结合Cadence仿真软件,验证了理论模型的参数设置。(4)最终,通过制作样机测试,各方面的参数基本满足设计要求,验证了碳化硅晶体管设计该频率下的射频电源的可行性,为今后的进一步工作打下了基础。


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