一种高效GaN基Buck开关电源设计

发布时间：2021-08-24 16:06

　　GaN（gallium nitride）功率器件以其优于传统Si功率器件的高开关速度、低导通电阻等特性而有望被广泛应用于高频、高功率密度的功率转换领域。其快速开关特性在降低器件开关损耗的同时有助于提升系统开关频率从而减小系统体积,低导通电阻特性则在降低器件导通损耗的同时节约芯片面积进而降低系统成本。然而仅从器件参数层面评估GaN功率器件在功率转换系统中的性能优势是不全面的,运用成熟的Si功率转换系统设计理论从功能分析、系统设计、调试测试等方面全面对比两种功率转换系统的性能差异,有助于我们更好地利用GaN功率器件性能优势进行功率转换设计。本文围绕以GaN功率器件为基础所设计的Buck开关电源系统进行研究,进一步揭示GaN功率器件在功率转换领域应用的特点。本文主要研究内容有以下几个方面:（1）以功率器件理论为基础,对比当前技术条件下Si MOSFET产品与GaN功率器件的性能差异,理论分析GaN功率器件向Si功率电源转换系统移植可能存在的问题。（2）依据成熟的Buck开关电源设计理论完成验证平台搭建,针对理论分析和电路仿真产生的结果差异提出合理假设分析,揭示GaN功率器件功耗分析模型不完善... 

【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：86 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
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第一章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 GaN功率技术的发展动态
    1.3 论文的主要研究工作
第二章 基于GaN器件的开关电源理论基础
    2.1 功率器件理论基础
        2.1.1 器件工作原理
        2.1.2 器件电气性能参数
        2.1.3 器件封装
    2.2 同步Buck开关电源理论基础
        2.2.1 Buck开关电源工作原理
        2.2.2 同步整流技术
        2.2.3 Buck开关电源开关波形分析
    2.3 开关电源的控制模式
        2.3.1 控制策略分析
        2.3.2 环路稳定性
    2.4 本章小结
第三章 系统分析与设计
    3.1 系统设计指标
    3.2 功率环路设计
        3.2.1 输出电感
        3.2.2 功率开关管
        3.2.3 输出电容
        3.2.4 输入电容
    3.3 控制环路设计
        3.3.1 控制器选择
        3.3.2 控制器外围电路设计
        3.3.3 驱动与防误开启优化
    3.4 PCB布局布线设计
    3.5 本章小结
第四章 系统功耗分析与仿真优化
    4.1 最优效率上下管组合
    4.2 理论计算与仿真差异
    4.3 两种转换系统性能对比
    4.4 系统潜在缺陷
    4.5 系统性能提升
    4.6 本章小结
第五章 系统测试与分析
    5.1 待测指标分析
    5.2 测试结果与说明
    5.3 故障排除
    5.4 效率提升
    5.5 本章小结
第六章 结论
    6.1 本文工作总结
    6.2 下一步工作展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于GaN器件Buck电路死区功耗分析与优化[J]. 胡官昊,陈万军,施宜军,周琦,张波.  电源学报. 2016(04)
[2]宽禁带功率半导体器件技术[J]. 张波,邓小川,陈万军,李肇基.  电子科技大学学报. 2009(05)
[3]开关电源的PCB设计[J]. 管春,何丰,张希.  印制电路信息. 2006(10)

硕士论文
[1]可外同步大电流Buck变换器控制环路的研究和设计[D]. 王军科.电子科技大学 2016
[2]开关电源的PCB布局及EMI滤波器设计[D]. 陈晨.浙江大学 2012
[3]大电流同步整流Buck型DC/DC转换器的设计[D]. 刘文昊.西安电子科技大学 2011



本文编号：3360303