Yüksek gerilim uygulamaları için katı hal yarıiletken anahtar tasarımı ve gerçeklemesi

Yüksek gerilim uygulamalarında çeşitli gerilim ve güç seviyelerinde tekrarlanan veya sabit anahtarlamalar için çeşitli anahtarlar veya anahtarlama sistemleri kullanılmaktadır. Bu sistemler, yüksek güç uygulamalarında uzun süredir kullanılan kıvılcım aralığı, trigatron, thyratron, ignitron, klystron ve diğer gazlı ya da vakumlu anahtarlar gibi geleneksel yöntemlerden yarıiletken teknolojisinin gelişmesiyle birlikte katı hal anahtarlarına doğru kaymıştır. Katı hal anahtarları, radar vericileri, X-ışını üreteçleri, yüksek gerilim DC sistemleri, invertörler ve darbe üreteçleri gibi birçok alanda kullanılmaktadır. Geleneksel anahtarlarla karşılaştırıldığında, katı hal anahtarları çeşitli avantajlar sunmaktadır. Bunlar arasında tekrarlama oranı, kullanım ömrü, kararlılık, kompaktlık ve düşük gerilim seviyeleriyle zamansal açıdan esnek olarak kontrol edilebilme gibi önemli özellikler bulunmaktadır. Bununla birlikte katı hal anahtarların seri bağlantı ve senkronizasyon gereksinimleri gibi üstesinden gelinmesi gereken bazı zorlukları da vardır. Yarıiletken teknolojisinin gelişmesiyle birlikte, tristörler, MOSFET'ler ve IGBT'ler gibi farklı yarıiletken anahtarları kullanılabilir hale gelmiştir. Uygulamada bu anahtarlar arasında seçim yapılırken çalışma gerilimi, akım kapasitesi ve anahtarlama hızı gibi faktörler dikkate alınmalıdır. Son yıllarda popülerliği artan Silikon karbür (SiC) ve galyum nitrür (GaN) gibi son teknoloji geniş bant aralıklı (WBG) yarıiletken anahtarların kullanımı uygulamaya bağlı olarak daha yüksek performans ve verimlilik sağlamaktadır. Bu çalışmada birbirine seri bağlı SiC-MOSFET'ler ile pasif ve dinamik dengeleme teknikleri kullanılarak bir katı hal yarıiletken yüksek gerilim anahtarı tasarlanıp gerçeklenmiş ve yüksek gerilim performans testleri yapılmıştır.