Using a Variable Capacitor as a Voltage Actuator
Author
Hansen, Henrik
Term
4. term
Education
Publication year
2024
Submitted on
2024-05-31
Pages
61
Abstract
Gate drivers are circuits that control transistors in power electronics. This thesis explores a relatively little-studied idea: using a variable capacitor as a gate driver. The principle is first demonstrated with a simple plate capacitor, turning on a GaNFET (gallium nitride field-effect transistor) by quickly removing the dielectric to change the capacitance. Experiments and simulations inform a practical design. We build a variable capacitor from two printed circuit boards; one is rotated by a motor so the capacitance changes during operation. A voltage divider measures the capacitance, which differs slightly from expectations. In a test circuit with a load that mimics a FET gate, the device produces a variable voltage, but many measured voltages do not match the calculated values. When the load is replaced with a GaNFET, the variable capacitor can control turn-on and turn-off, yet instability appears in the GaNFET’s gate and drain voltages. We conclude that while the variable capacitor can regulate voltage, it is not suitable as a gate driver in its current form. The thesis ends with suggestions for future work.
Gate-drivere er kredsløb, der styrer transistorer i effektelektronik. Denne afhandling undersøger en forholdsvis uudforsket idé: at bruge en variabel kondensator som gate-driver. Først vises princippet med en simpel pladekondensator, hvor en GaN-transistor (galliumnitrid FET) tændes ved hurtigt at fjerne dielektrikummet og dermed ændre kapacitansen. Forsøg og simuleringer giver grundlag for en praktisk konstruktion. Vi bygger en variabel kondensator af to printplader; den ene roteres af en motor, så kapacitansen ændrer sig under drift. En spændingsdeler bruges til at måle kapacitansen, som afviger lidt fra forventningerne. I et testkredsløb med en belastning, der efterligner en FET-gate, opnås en variabel spænding, men mange målte spændinger stemmer ikke overens med de beregnede. Når belastningen udskiftes med en GaN-transistor, kan den variable kondensator styre tænding og slukning, men der ses ustabilitet i transistorens gate- og drænspændinger. Konklusionen er, at den variable kondensator kan regulere en spænding, men den er ikke egnet som gate-driver i sin nuværende form. Afslutningsvis peges der på muligheder for fremtidigt arbejde.
[This apstract has been rewritten with the help of AI based on the project's original abstract]