基于GaN晶体管的高频全桥逆变器波形补偿技术研究

发布时间：2020-03-26 15:08

【摘要】：新型宽禁带半导体器件氮化镓晶体管相比传统硅器件在提高变换器频率、功率密度上有明显优势,拥有广阔的应用前景。本文针对高频高可靠性驱动展开研究,研究PWM波形畸变补偿技术,具有重要的理论意义和工程价值。本文开展了以下几个方面的研究工作:(1)氮化镓器件的开关速度更快、驱动击穿电压更低,相比传统器件在驱动电路设计中面临更多挑战。本文研制了一台双脉冲测试平台,研究驱动芯片的硬件需求,优化驱动电路布局,分析开关过程,提高损耗算法精度,最后对选用器件展开动态特性和开关损耗的测试;(2)在高频桥式电路中存在占空比畸变问题,传统前馈型补偿方案在高频下难以实现。选用单周期控制方案实现占空比实时补偿,对传统单周期控制方案进行仿真,分析补偿失效模式的原因,提出了基于单周期控制的调制器闭环方案;(3)基于全桥逆变器,采用模数结合的方式实现单周期控制方案的验证,给出了减少单周期控制回路的延时的硬件电路设计方法。研制了一台270V输入,115VAC/1200VA输出的原理样机,通过仿真和实验验证了理论分析和工程设计的可行性。
【图文】：

方法,屏蔽层,板厚,磁场方向

基于 GaN 晶体管的高频全桥逆变器波形补偿技术研究电容组和器件尽可能接近地布在同一面上，同时内层加入屏蔽层。这样在屏蔽层产生的磁场方向与功率回路磁场方向相反，因而功率回路磁场得到抵消起到了减少 LDS干扰的目的。（b）是将电容组和器件放置在相对的两面上，尽可能在垂直面上，依靠不同面上相反的电流实现磁场自抵消，但是对板厚的要求极高，LDS随板厚线性增加。（c）是将第一层内层作为功率回路的返回路径，相较于第一种方法不需要屏蔽层，，相较于第二种方法受板厚的影响较小。因而本文布局时选择第三种布局方式。

框图,逻辑电路,占空比,仿真结果

（a）Dmax=0.9，Tdelay=150ns （b）Dmax=0.9，Tdelay=80ns（c）Dmax=0.8，Tdelay=80ns图 3.13 逻辑电路延时对占空比补偿影响仿真结果为了解决以上两个问题，对原有单周期闭环控制进行改进，如图 3.14 所示，增加了单稳态触发器和最大占空比限制，同时对电路延时进行优化。具体硬件实施方案将在下一节中阐述。反相器积分器高速比较器DSP&D/ARS触发器单稳态触发器最大占空比限制带死区生成的驱动隔离芯片时钟信号Vgs2Vgs1基准VDS图 3.14 改进的单周期控制电路设计框图3.4 单周期控制模拟电路搭建通过分析和仿真搭建单周期控制模拟电路，设计电路框图如图 3.14。在高频条件下，存在以下设计原则：（1）积分器和反相电压跟随器有足够的带宽处理开关点电压；
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM464

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