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永磁同步电机广泛应用于工业生产、航空航天、电动汽车等领域,科技的飞速发展对永磁同步电机驱动器提出了更高的要求,希望其具有更高的功率密度、效率和可靠性。相较于传统硅基功率器件,新型氮化镓功率器件具有开关速度快、导通电阻小和耐高温工作能力强等优点,将其用于电机驱动器有望提高驱动器的效率、功率密度和动态性能。随着氮化镓功率器件制造技术的发展与成熟,其在永磁同步电机驱动器中的应用研究逐渐受到研究人员的关注。本文首先从eGaN HEMT的电气特性与参数入手,分析其静态特性和开关特性,利用单脉冲实验平台探究了驱动电压和结温对静态特性的影响,重点探究了反向导通机理和特性,并与MOSFET进行了对比。详细分析了加入寄生参数后的非理想开关过程,利用双脉冲测试平台,量化了电路参数对开关速度、电压电流超调量和开关损耗等开关特性的影响,为高速驱动电路的设计提供依据。另外,建立了硬开关模式下的短路测试平台,研究了eGaN HEMT的短路工作原理、特性和耐受能力,利用热网络模型分析短路过程中内部结温变化情况,探究了电路参数和结温对短路特性的影响,分析了短路失效机理,并与SiC MOSFET进行了对比。其次,桥臂电路是电机驱动器的基本单元,因此探究了eGaN HEMT应用于桥臂电路中的高速驱动电路设计,从驱动芯片、驱动参数、布局设计和桥臂串扰抑制四个方面探讨了eGaN HEMT高速驱动电路与Si、SiC MOSFET的不同之处,明确了桥臂应用中高速驱动电路设计的特殊性和要求,给出了具有桥臂串扰抑制功能的高速驱动电路设计方案。针对eGaN HEMT独特的反向导通特性,分析了GaN基高速开关桥臂电路可能存在的续流方式,对比了不同续流方式对桥臂电路导通特性和开关特性的影响,重点探究了反并SiC SBD对eGaN HEMT桥臂电路开关特性的影响,从损耗的角度,结合理论分析和实验结果,明确了不同续流方式的优缺点和适用场合。最后,本文研制了1.5kW的GaN基高速开关永磁同步电机驱动器的原理样机,并进行了实验验证。验证了高速驱动电路和续流方式设计的正确性和可行性,GaN基高速开关电机驱动器的合理性和优越性。