GaN功率器件图腾柱无桥Boost PFC变换器研究
发布时间：2021-01-14 16:33
高能效是空调压缩机驱动系统的主要追求目标之一。通过应用GaN功率器件以及图腾柱无桥Boost PFC拓扑结构能够有效提高空调器压缩机驱动系统的效率。然而基于GaN功率器件的图腾柱无桥Boost PFC变换器仍存在技术难点,包括:GaN功率器件在中大功率场合可靠运行问题以及PFC变换器轻载条件下高功率因数控制问题。本文将针对以上两个问题进行研究,并给出相应解决方法,从而促进GaN功率器件在中大功率场合的实际应用,实现图腾柱无桥PFC变换器在全功率范围内均具有较高的功率因数。为了保证GaN功率器件在大功率场合的可靠运行,在研究GaN功率器件驱动系统等效电路的基础上,通过对GaN功率器件驱动系统进行优化设计以实现其可靠运行。由于驱动系统阻尼比过小,驱动系统输出电流产生振荡,同时受系统寄生参数影响会产生漏源极关断过电压以及栅源极串扰电压。研究一种GaN功率器件驱动系统优化设计方法,通过加入阻尼电阻以提高系统阻尼比,对输出电流振荡加以抑制。并通过优化驱动电路布局、加入缓冲电路、减小关断电阻、加入反并联二极管等方式减小寄生参数影响,抑制漏源极关断电压尖峰以及驱动串扰电压尖峰。搭建基于GaN功率器件...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
输出电流谐振系统极点图（无阻尼电阻）
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-15-对应的系统特征方程和极点为：2122312112CC(LL)sCC（RR)sC+C=0(2-6)222112112231212231223)4()(+),2()2()RRCCRRCCLLCCssLLCCLL（(2-7)加入阻尼电阻后，输出电流谐振系统极点图2-6所示。当解耦电容为20nF时，系统阻尼比由0.0373提高至0.969，可以有效地抑制电流振荡，但是阻尼电阻的引入会导致驱动系统损耗增加。实轴虚轴C1增加C1=20nF（阻尼比：0.969）C1=2nFC1=2nFC1C=14.6nF1=14.6uF002468×107-2-4-6-8-1-2-3-4×107C1=20nF（阻尼比：0.969）图2-6输出电流谐振系统极点图（增加阻尼电阻）频率(Hz)幅值(dB)R1增加-150-100-50050450-45-90谐振尖峰谐振频率无阻尼电阻R1=0ΩR1=1ΩR1=5ΩR1=10ΩR1=25ΩR1=50Ω相位(deg)-135-180-2001051061071081091010R1增加图2-7输出电流谐振系统随阻尼电阻增大的伯德图为了进一步直观地评价阻尼电阻的影响，绘制了如图2-7所示的不同阻尼电阻下的系统传递函数伯德图。由图2-7可以看出伯德图上对应的谐振峰减小，GaNHEMT驱动模块输出电流振荡得以抑制，阻尼电阻可以有效地抑制系统谐振现象。在低频区域，串联阻尼电阻对系统动态性能影响较校在高频区域，
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-15-对应的系统特征方程和极点为：2122312112CC(LL)sCC（RR)sC+C=0(2-6)222112112231212231223)4()(+),2()2()RRCCRRCCLLCCssLLCCLL（(2-7)加入阻尼电阻后，输出电流谐振系统极点图2-6所示。当解耦电容为20nF时，系统阻尼比由0.0373提高至0.969，可以有效地抑制电流振荡，但是阻尼电阻的引入会导致驱动系统损耗增加。实轴虚轴C1增加C1=20nF（阻尼比：0.969）C1=2nFC1=2nFC1C=14.6nF1=14.6uF002468×107-2-4-6-8-1-2-3-4×107C1=20nF（阻尼比：0.969）图2-6输出电流谐振系统极点图（增加阻尼电阻）频率(Hz)幅值(dB)R1增加-150-100-50050450-45-90谐振尖峰谐振频率无阻尼电阻R1=0ΩR1=1ΩR1=5ΩR1=10ΩR1=25ΩR1=50Ω相位(deg)-135-180-2001051061071081091010R1增加图2-7输出电流谐振系统随阻尼电阻增大的伯德图为了进一步直观地评价阻尼电阻的影响，绘制了如图2-7所示的不同阻尼电阻下的系统传递函数伯德图。由图2-7可以看出伯德图上对应的谐振峰减小，GaNHEMT驱动模块输出电流振荡得以抑制，阻尼电阻可以有效地抑制系统谐振现象。在低频区域，串联阻尼电阻对系统动态性能影响较校在高频区域，
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种包含LCD箝位网络的零电压转换半无桥功率因数校正变换器[J]. 胡玮,康勇,胡昊,周小宁. 中国电机工程学报. 2019(03)
[2]基于GaN的高频Boost PFC整流器设计[J]. 韦武,王佳宁. 电力电子技术. 2018(11)
[3]增强型GaN MOSFET与Si MOSFET在单相全桥逆变器中的性能比较[J]. 邓孝祥,李鹏,戴超凡,杨荣浩. 大功率变流技术. 2017(06)
[4]一种单级隔离型软开关功率因数校正变换器[J]. 章治国,刘俊良,郭强,陈艳. 电工技术学报. 2018(14)
[5]一种高效率无桥双谐振功率因数校正变换器[J]. 殷刚,许建平,陈章勇. 电工技术学报. 2017(08)
[6]基于隔离升降压变换器的单级软开关功率因数校正变换器[J]. 韩蒙,吴红飞,邢岩. 中国电机工程学报. 2017(08)
博士论文
[1]空调永磁压缩机无电解电容驱动控制技术研究[D]. 赵楠楠.哈尔滨工业大学 2019
[2]无桥PFC拓扑结构及控制策略研究[D]. 刘桂花.哈尔滨工业大学 2009
硕士论文
[1]基于V2G的两级式双向AC/DC变换器的研究[D]. 荆磊.浙江大学 2019
[2]临界连续模式高效率无桥PFC整流器研究[D]. 徐厚建.浙江大学 2018
本文编号：2977178
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
输出电流谐振系统极点图（无阻尼电阻）
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-15-对应的系统特征方程和极点为：2122312112CC(LL)sCC（RR)sC+C=0(2-6)222112112231212231223)4()(+),2()2()RRCCRRCCLLCCssLLCCLL（(2-7)加入阻尼电阻后，输出电流谐振系统极点图2-6所示。当解耦电容为20nF时，系统阻尼比由0.0373提高至0.969，可以有效地抑制电流振荡，但是阻尼电阻的引入会导致驱动系统损耗增加。实轴虚轴C1增加C1=20nF（阻尼比：0.969）C1=2nFC1=2nFC1C=14.6nF1=14.6uF002468×107-2-4-6-8-1-2-3-4×107C1=20nF（阻尼比：0.969）图2-6输出电流谐振系统极点图（增加阻尼电阻）频率(Hz)幅值(dB)R1增加-150-100-50050450-45-90谐振尖峰谐振频率无阻尼电阻R1=0ΩR1=1ΩR1=5ΩR1=10ΩR1=25ΩR1=50Ω相位(deg)-135-180-2001051061071081091010R1增加图2-7输出电流谐振系统随阻尼电阻增大的伯德图为了进一步直观地评价阻尼电阻的影响，绘制了如图2-7所示的不同阻尼电阻下的系统传递函数伯德图。由图2-7可以看出伯德图上对应的谐振峰减小，GaNHEMT驱动模块输出电流振荡得以抑制，阻尼电阻可以有效地抑制系统谐振现象。在低频区域，串联阻尼电阻对系统动态性能影响较校在高频区域，
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-15-对应的系统特征方程和极点为：2122312112CC(LL)sCC（RR)sC+C=0(2-6)222112112231212231223)4()(+),2()2()RRCCRRCCLLCCssLLCCLL（(2-7)加入阻尼电阻后，输出电流谐振系统极点图2-6所示。当解耦电容为20nF时，系统阻尼比由0.0373提高至0.969，可以有效地抑制电流振荡，但是阻尼电阻的引入会导致驱动系统损耗增加。实轴虚轴C1增加C1=20nF（阻尼比：0.969）C1=2nFC1=2nFC1C=14.6nF1=14.6uF002468×107-2-4-6-8-1-2-3-4×107C1=20nF（阻尼比：0.969）图2-6输出电流谐振系统极点图（增加阻尼电阻）频率(Hz)幅值(dB)R1增加-150-100-50050450-45-90谐振尖峰谐振频率无阻尼电阻R1=0ΩR1=1ΩR1=5ΩR1=10ΩR1=25ΩR1=50Ω相位(deg)-135-180-2001051061071081091010R1增加图2-7输出电流谐振系统随阻尼电阻增大的伯德图为了进一步直观地评价阻尼电阻的影响，绘制了如图2-7所示的不同阻尼电阻下的系统传递函数伯德图。由图2-7可以看出伯德图上对应的谐振峰减小，GaNHEMT驱动模块输出电流振荡得以抑制，阻尼电阻可以有效地抑制系统谐振现象。在低频区域，串联阻尼电阻对系统动态性能影响较校在高频区域，
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种包含LCD箝位网络的零电压转换半无桥功率因数校正变换器[J]. 胡玮,康勇,胡昊,周小宁. 中国电机工程学报. 2019(03)
[2]基于GaN的高频Boost PFC整流器设计[J]. 韦武,王佳宁. 电力电子技术. 2018(11)
[3]增强型GaN MOSFET与Si MOSFET在单相全桥逆变器中的性能比较[J]. 邓孝祥,李鹏,戴超凡,杨荣浩. 大功率变流技术. 2017(06)
[4]一种单级隔离型软开关功率因数校正变换器[J]. 章治国,刘俊良,郭强,陈艳. 电工技术学报. 2018(14)
[5]一种高效率无桥双谐振功率因数校正变换器[J]. 殷刚,许建平,陈章勇. 电工技术学报. 2017(08)
[6]基于隔离升降压变换器的单级软开关功率因数校正变换器[J]. 韩蒙,吴红飞,邢岩. 中国电机工程学报. 2017(08)
博士论文
[1]空调永磁压缩机无电解电容驱动控制技术研究[D]. 赵楠楠.哈尔滨工业大学 2019
[2]无桥PFC拓扑结构及控制策略研究[D]. 刘桂花.哈尔滨工业大学 2009
硕士论文
[1]基于V2G的两级式双向AC/DC变换器的研究[D]. 荆磊.浙江大学 2019
[2]临界连续模式高效率无桥PFC整流器研究[D]. 徐厚建.浙江大学 2018
本文编号：2977178
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