基于GaN器件的高效率电动汽车车载充电机技术研究

发布时间：2021-09-25 12:07

　　随着国内外电动汽车产业的不断发展,车载充电机技术发展为电动汽车的普及起到了重要的推动作用,高效率、小型化的车载充电机技术正成为研究热点。基于单相家用供电系统的车载充电机,其高效率功率因数校正、高效率DC-DC变换和整机小型化是车载充电机设计中需要解决的关键问题,目前,车载充电机拓扑结构中多采用传统Si MOSFET作为开关管,这限制了车载充电机的工作频率及效率。因此,本文针对基于新型GaN器件的两级式高效率电动汽车车载充电机进行了以下研究。基于GaN器件的两级式车载充电机由前级PFC和后级DC-DC变换器构成。前级PFC变换器设计采用基于GaN器件的图腾柱无桥PFC电路拓扑,以GaN器件作为高频桥臂开关管解决了采用传统Si MOSFET开关管无法使变换器工作在电感电流CCM模式问题,提高了变换器的功率等级。设计了以单周期控制芯片IR1150为主控芯片的全硬件控制电路,采用同步整流器型控制方式,实现了高频桥臂开关管的同步整流器型互补驱动控制,使GaN器件在有栅极正向驱动电压条件下反向导通续流,降低了GaN器件的反向导通压降,进一步提高了图腾柱无桥PFC的效率。通过PSIM仿真软件对电路拓... 

【文章来源】：辽宁工业大学辽宁省

【文章页数】：87 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

平面型GaN器件Fig.2.10PlanarGaNdevice

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Fig. 2.11 Cascade GaN FET equivalent circuitCascade 级联型 GaN FET 的输入特性实际上就是低压硅 MOSFET 的输入特性，因此驱动电平与现有的硅 MOSFET 的驱动电平兼容，这是 Cascade 级联型的最大优点。但是这种结构在解决常导通型 GaN FET 应用不便的同时也引入了低压硅 MOSFET 寄生体二极管的反向恢复特性，这是不希望的参数。不过，低压硅 MOSFET 的寄生二极管反向恢复特性相对高压硅 MOSFET 优异很多，因此在一般应用条件下是可以接受的，这种结构也构成了最初的常关断型 GaN FET。（2）增强型 GaN FET增强型 GaN FET 结构是通过在栅极与 AlGaN 阻挡层之间加入 P-GaN 方式实现的，增强型 GaN FET 结构如图 2.12 所示。当栅极电压为零电压或负电压时，P-GaN 与 GaN缓冲层构成势垒，阻断了二维自由电子层，使漏极到源极之间处于阻断状态；当栅极驱动电压高于正向导通阈值时，P-GaN 与 GaN 缓冲层构成的势垒消失，漏极到源极之间的二维自由电子层导电通道恢复，GaN FET 进入导通状态。


本文编号：3409708