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功率半导体器件是电力电子变换器的核心,因此半导体器件的性能往往也决定着整个变换器的性能。新型宽禁带GaN材料器件与传统Si器件相比性能更加优异,通过GaN器件实现对传统Si器件的逐步替代,将进一步推动电力电子变换器朝着高频、高效、高功率密度的方向发展。共源共栅型氮化镓高电子迁移率晶体管(Cascode Gallium Nitride High Electron Mobility Transistor,Cascode GaN HEMT)是具有代表性的GaN器件,它用独特的结构将低压Si MOSFET与高压耗尽型GaN HEMT连接在一起,使其在中高压场合得到了广泛应用。在这种背景下,为了充分发挥Cascode型GaN器件的优势,对其高速开关特性和应用进行了相关研究。首先,对Cascode型GaN器件与传统的Si器件在静态特性方面进行了对比分析,针对其特殊结构,分析了正向阻断、正向导通和反向导通三种不同的工作模态。在Cascode型GaN器件高速开关的应用背景下,电路中寄生参数的影响不再能被忽略,基于带寄生参数的双脉冲测试电路,分析了器件的具体开关过程,并搭建实验平台通过实验获得了器件的准确开关过程波形。其次,基于对Cascode型GaN器件的工作过程的分析,归纳了影响其开关特性的主要因素,进一步对驱动回路参数、电路工况、寄生电感三类因素通过理论推导和仿真进行了分析,得出了器件开关特性随不同参数的变化规律,给出了驱动回路参数的参考范围,提出应当根据实际应用中高效率与可靠性两种不同需求对寄生电感进行优化设计。针对器件高速开关过程中的尖峰与振荡可能会给电路的可靠性与稳定性带来隐患的问题,从桥式电路中主动管与被动管两个方面分析了其形成原因,针对主动管的尖峰与振荡问题研究了四种抑制措施并验证了其有效性,针对被动管的串扰问题研究了其影响因素与参数优化策略,从而为Cascode型GaN器件的高速开关应用设计提供依据。最后,以半桥LLC谐振变换器为例,进行了Cascode型GaN器件的应用研究。利用GaN器件输出电容相比传统Si器件更小的优势,合理优化了死区时间,减小了原边开关管与副边整流管的导通损耗,提高了变换器的效率。同时针对Cascode型GaN器件的高速开关对驱动回路进行了优化设计,提高了电路的稳定性。搭建了一台240W的LLC谐振变换器样机,通过实验验证了Cascode型GaN器件的优越性能。该论文有图97幅,表5个,参考文献80篇。