基于碳化硅MOSFET的2MHz射频电源的仿真和设计

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（SIC MOSFET）为核心，设计出针对激光器工作频率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）首先回顾了激光器发展历程，介绍了典型应用领域。
　　（2）分析了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。

目录

声明

1 绪 论

1 .1 课题背景

1. 2 高功率轴快流 激光器的发展和现状

1 .3 轴快流 激光器的系统构成及其激励技术的发展

1 .4 本文的主要工作

2 气体放电特性及射频电源的设计

2 .1 轴快流 激光器气体放电特性

2 .2 射频放电管频率参数的选择

2 .3 射频电源的结构

2 .4 射频功率放大器的拓扑结构选择

2 .5 本章小结

3 射频电源的放大级设计和仿真分析

3.1 碳化硅（SiC）晶体管器件

3 .2 晶体管驱动芯片的选取

3 .3 E类射频功率放大器的分析

3 .4 射频放大级的各元器件参数的计算

3 .5 负载阻抗变换技术

3 .6 基于SiC MOSFET的放大器仿真分析

3 .7 本章小结

4 射频电源的硬件设计与实验结果

4 .1 射频元器件的选择和实际测试

4 .2 射频电源电路板设计要点

4 .3 放大级模块的原理图及PCB设计

4 .4 调试及测试结果分析

4 .5 本章小结

5 总结和展望

参考文献

附录 硕士期间申请的软件著作权