基于GaN的高频高升压比改进型SEPIC变换器研究

发布时间：2020-07-16 15:31

【摘要】：近年来随着宽禁带半导体GaN和SiC的出现,功率变换器正逐渐朝着高频化、小型化的方向发展,系统功率密度得到大幅提升。但开关频率的提高会增大寄生参数对系统工作状态影响,同时开关损耗的增加会降低整体的工作效率。故本课题应用GaN器件,提出了一种适用于高频高升压比场合的改进型SEPIC变换器。由于开关管工作于软开关状态,可有效降低开关损耗,提高系统的工作效率,并采用平面磁性元器件,有效提升了功率密度。相比于传统的SEPIC变换器,所提拓扑结构增加了由二极管和电容构成的倍压单元和升压变压器,提高了电压增益,且利用开关管并联电容与变压器原边电感谐振,实现准谐振工作状态,同时降低了开关管两端的电压应力。本文提出了参数优化设计方法,保证了开关管在宽输入电压和输出负载变化范围内可实现软开关。针对传统硬驱动电路在高频条件下损耗高的问题,本课题还针对GaN器件采用了一种高频谐振式门极驱动电路,将电路中的寄生参数加以利用,改善了芯片式驱动方案的通断速率。并且通过设计N沟道和P沟道MOSFET的开关时序,有效降低了门极驱动电路损耗,优化了驱动电路的开关速率。在高频变换器中,磁性元件设计是课题研究的重点。平面化可降低变换器高度,绕组具有可复制性强且散热性能更好等优点,但需要考虑寄生、漏感以及磁损等问题。本文综合了寄生电容和漏感两方面影响,建立了部分交叉结构的变压器模型。同时为进一步降低变换器体积,采用了磁集成方案,将电感与变压器集成于同一磁芯,有效降低成本且提高系统功率密度。为获得更好的动态响应,本文采用了适用于谐振变换器的广义状态空间平均法进行建模,得到了对应的小信号模型,并利用开环波特图设计补偿网络,优化了系统的动态性能。同时针对所提变换器工作特性,提出了PWM与PFM混合式控制策略,在实现恒流输出的同时保证了系统的软开关特性。本课题设计并搭建了一台额定输出功率为36W的实验样机,其输出电流为0.3A,工作频率为1MHz,满载时系统的工作效率达到91.2%,实验结果与理论分析一致,验证了理论研究的正确性。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM46
【图文】：

S3S4D3D4图 1-11 四个开关管的谐振式电流源驱动电路图件研究现状电子行业的发展中起着关键作用，通常与半导，在工业电子、电信基础设施设备、服务器和子等领域均有应用。近年来，随着新型高频开要发展趋势为高频化和小型化，而传统的绕线体积的大小。自 20 世纪 60 年代以来，平面磁问题。早期对平面磁性元件的研究主要集中在0 世纪 90 年代早期出现了许多关于平面磁性元4]-[45]。近年来，随着印刷电路板(PCB)技术的快广泛应用起来[46]。

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 G.Fisher,何志贵,魏丽琼,秦礼敏;电子纺织品的软开关[J];国外纺织技术;2001年03期

2 余文松,薛家祥,黄石生,陈延明;软开关弧焊逆变器的研制[J];南昌航空工业学院学报;1999年04期

3 周成虎;李娜;骆继明;黄明明;;智能软开关非接触电源研究[J];计算机测量与控制;2014年02期

4 解生冕;黄石生;李远波;文元美;;软开关逆变焊接电源数学模型及动态特性[J];机械制造与自动化;2008年05期

5 宋新源;;3kW高频软开关直直变换器的研制[J];电气传动自动化;2006年05期

6 石恒,黎亚元;软开关稳压直流电源[J];四川工业学院学报;2003年04期

7 张国安,朱忠尼,亓迎川;新型推挽移相式软开关拓扑研究[J];电工技术杂志;1998年01期

8 李军;硬件的软开关[J];电脑编程技巧与维护;1996年01期

9 黄群;;创新的负载开关——三步软开关[J];电工技术;2010年04期

10 邓衍平;谢运祥;;一种新型结合的软开关电路研究[J];电力电子技术;2006年02期

相关会议论文 前10条

1 赵智江;段红海;李力;武佩轩;;大容量谐振软开关弧焊逆变电源的设计[A];第六届21世纪中国焊接技术研讨会暨第四届计算机在焊接中的应用交流会论文专刊[C];2004年

2 刘丛伟;朱泉;张伟;;三相软开关交流/直流/交流变流器拓扑与控制研究[A];中国计量协会冶金分会2017年会论文集[C];2017年

3 肖雅;刘洋;王聪颖;;基于三电平的隔离DC-DC变换器软开关占空比丢失研究[A];第十五届沈阳科学学术年会论文集（理工农医）[C];2018年

4 谢毅聪;熊蕊;;一种新型单管软开关Boost变换器及其EMI研究[A];第十二届全国电磁兼容学术会议论文集[C];2002年

5 陈树君;吴日光;陈建辉;于洋;;基于单相逆变焊接电源的有源功率因数校正技术研究[A];第十六次全国焊接学术会议论文摘要集[C];2011年

6 肖岚;龚春英;姜志强;严仰光;;48V/3kVA正激直流环节软开关静止变流器的分析与实现[A];面向21世纪的科技进步与社会经济发展（下册）[C];1999年

7 朱志明;杨中宇;夏铸亮;;软开关谐振过程动态稳定性分析与PWM控制波形优化[A];中国机械工程学会焊接学会第十八次全国焊接学术会议论文集——S04计算机辅助焊接工程[C];2013年

8 袁有臣;吕永东;童刚;;谐振软开关同步Buck变换器的数字控制系统研究[A];中国自动化学会控制理论专业委员会D卷[C];2011年

9 秦岭;谢少军;;一种新型ZCS-PWM Buck变换器的研究[A];2006中国电工技术学会电力电子学会第十届学术年会论文摘要集[C];2006年

10 袁明祥;范德育;孙慧;;一种新型的全桥移相软开关直流变换器[A];浙江省电源学会第十届学术年会暨新能源开发与电力电子研讨会论文集[C];2006年

相关重要报纸文章 前5条

1 记者 陈耀群;软开关逆变焊机研制成功[N];中国船舶报;2006年

2 ;OSA构建运营级分组电话[N];网络世界;2001年

3 江西 范明之 魏小红;光驱软开关[N];中国电脑教育报;2000年

4 江苏 沈亦飞;移相PWM波激励信号发生电路[N];电子报;2003年

5 吴秀霞 杜伟伟;产学研合作的实践者[N];中国船舶报;2008年

相关博士学位论文 前10条

1 姚修远;T-NPC三电平逆变器的软开关及并联技术研究[D];北京交通大学;2015年

2 孟润泉;新型SRD功率变换技术研究[D];太原理工大学;2010年

3 王军;磁悬浮轴承功率放大器建模及其软开关技术研究[D];南京航空航天大学;2010年

4 吴景林;40T混合磁体外超导磁体电源的开关电源方案研究与设计[D];中国科学技术大学;2014年

5 陈烨楠;单相软开关光伏并网逆变器关键技术研究[D];浙江大学;2018年

6 王强;软开关PWM逆变器的研究及其在电气传动控制系统中的应用[D];东北大学;2010年

7 赵锦波;分段式动态无线充电的抗偏移及中继接力方法研究[D];华中科技大学;2016年

8 唐春森;非接触电能传输系统软开关工作点研究及应用[D];重庆大学;2009年

9 成庶;机车控制电源及其故障诊断关键技术研究与工程实现[D];中南大学;2011年

10 张炯;无接触供电变流控制及系统设计关键技术研究[D];南京航空航天大学;2015年

相关硕士学位论文 前10条

1 石甜静;基于智能软开关的配电网运行优化研究[D];华北电力大学;2019年

2 邱玉萍;基于GaN的高频高升压比改进型SEPIC变换器研究[D];哈尔滨工业大学;2019年

3 李海平;双向全桥LLC谐振DC-DC变换器的研究[D];西安理工大学;2019年

4 张震;两种串联谐振型双有源桥变换器的软开关分析[D];燕山大学;2018年

5 唐茂森;主动配电系统灵活性资源优化调控研究[D];山东大学;2018年

6 李德武;新型软开关弧焊逆变电源系统研究[D];兰州理工大学;2005年

7 王超;宽范围软开关直流变换器控制方法研究[D];哈尔滨工业大学;2014年

8 孙松儿;移相控制软开关PWM技术的研究[D];西北工业大学;2001年

9 王怀令;基于无源无损软开关的太阳能最大功率点跟踪研究[D];天津大学;2012年

10 王翠;数字式高频软开关电镀电源[D];湖南大学;2005年

本文编号：2758178