先进的功率半导体器件是能量转换技术中最坚定的推动力。较之目前的硅(Si)材料,氮化镓(GaN)材料的绝缘击穿场强、饱和漂流速度、电子迁移率、导热率等特性呈数倍的提高,因此更适合于高频、高效率、高功率密度场合的应用。为此,本文以GaN System公司生产的GaN增强型高电子迁移率晶体管(E-HEMT)GS66516T为基础,从以下几个方面对其展开应用研究:(1)展开GaN器件的驱动电路分析与设计。基于GaN器件开关速度非常快这一特性,讨论了驱动电路在电阻选择、米勒效应控制、隔离度及驱动时延等方面的考虑,随后设计了适用于GaN器件的驱动电路。(2)展开了GaN器件构成半桥电路时的布局分析,设计了换流回路杂散电感较小的PCB布局。为准确评估布局杂散电感对GaN器件性能的影响,利用有限元分析进行了杂散电感参数提取,并将其代入仿真模型进行了验证。(3)展开了半桥电路运行时的热分析。在传统分段线性损耗模型基础上进行了简化,提出一种的简化的GaN器件损耗计算方法,该方案利用GaN器件的参数与抽取的杂散电感值为依据,计算出器件的功率损耗。进一步建立了包括GaN器件、PCB板及散热器在内的三维有限元模型,以计算所得的功率损耗值进行了热仿真,对半桥电路的热性能进行了评估。为对上述分析与设计进行充分验证,本研究依设计结果建立了实验样机,并进行了双脉冲性能测试与功率运行测试。所设计的半桥电路尺寸仅为55×40mm~2,不需额外缓冲电路即可工作在400V输入,1.5kW功率的工况下,散热器体积仅为28×28×14mm~3,变换功率密度达到500W/in~3。实验结果充分证明了上述设计方案的有效性。