【摘要】：近年來(lái)隨著寬禁帶半導(dǎo)體GaN和SiC的出現(xiàn),功率變換器正逐漸朝著高頻化、小型化的方向發(fā)展,系統(tǒng)功率密度得到大幅提升。但開(kāi)關(guān)頻率的提高會(huì)增大寄生參數(shù)對(duì)系統(tǒng)工作狀態(tài)影響,同時(shí)開(kāi)關(guān)損耗的增加會(huì)降低整體的工作效率。故本課題應(yīng)用GaN器件,提出了一種適用于高頻高升壓比場(chǎng)合的改進(jìn)型SEPIC變換器。由于開(kāi)關(guān)管工作于軟開(kāi)關(guān)狀態(tài),可有效降低開(kāi)關(guān)損耗,提高系統(tǒng)的工作效率,并采用平面磁性元器件,有效提升了功率密度。相比于傳統(tǒng)的SEPIC變換器,所提拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)增加了由二極管和電容構(gòu)成的倍壓?jiǎn)卧蜕龎鹤儔浩?提高了電壓增益,且利用開(kāi)關(guān)管并聯(lián)電容與變壓器原邊電感諧振,實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)諧振工作狀態(tài),同時(shí)降低了開(kāi)關(guān)管兩端的電壓應(yīng)力。本文提出了參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,保證了開(kāi)關(guān)管在寬輸入電壓和輸出負(fù)載變化范圍內(nèi)可實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)。針對(duì)傳統(tǒng)硬驅(qū)動(dòng)電路在高頻條件下?lián)p耗高的問(wèn)題,本課題還針對(duì)GaN器件采用了一種高頻諧振式門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路,將電路中的寄生參數(shù)加以利用,改善了芯片式驅(qū)動(dòng)方案的通斷速率。并且通過(guò)設(shè)計(jì)N溝道和P溝道MOSFET的開(kāi)關(guān)時(shí)序,有效降低了門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路損耗,優(yōu)化了驅(qū)動(dòng)電路的開(kāi)關(guān)速率。在高頻變換器中,磁性元件設(shè)計(jì)是課題研究的重點(diǎn)。平面化可降低變換器高度,繞組具有可復(fù)制性強(qiáng)且散熱性能更好等優(yōu)點(diǎn),但需要考慮寄生、漏感以及磁損等問(wèn)題。本文綜合了寄生電容和漏感兩方面影響,建立了部分交叉結(jié)構(gòu)的變壓器模型。同時(shí)為進(jìn)一步降低變換器體積,采用了磁集成方案,將電感與變壓器集成于同一磁芯,有效降低成本且提高系統(tǒng)功率密度。為獲得更好的動(dòng)態(tài)響應(yīng),本文采用了適用于諧振變換器的廣義狀態(tài)空間平均法進(jìn)行建模,得到了對(duì)應(yīng)的小信號(hào)模型,并利用開(kāi)環(huán)波特圖設(shè)計(jì)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò),優(yōu)化了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。同時(shí)針對(duì)所提變換器工作特性,提出了PWM與PFM混合式控制策略,在實(shí)現(xiàn)恒流輸出的同時(shí)保證了系統(tǒng)的軟開(kāi)關(guān)特性。本課題設(shè)計(jì)并搭建了一臺(tái)額定輸出功率為36W的實(shí)驗(yàn)樣機(jī),其輸出電流為0.3A,工作頻率為1MHz,滿載時(shí)系統(tǒng)的工作效率達(dá)到91.2%,實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論分析一致,驗(yàn)證了理論研究的正確性。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TM46
【圖文】：

S3S4D3D4圖 1-11 四個(gè)開(kāi)關(guān)管的諧振式電流源驅(qū)動(dòng)電路圖件研究現(xiàn)狀電子行業(yè)的發(fā)展中起著關(guān)鍵作用，通常與半導(dǎo)，在工業(yè)電子、電信基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備、服務(wù)器和子等領(lǐng)域均有應(yīng)用。近年來(lái)，隨著新型高頻開(kāi)要發(fā)展趨勢(shì)為高頻化和小型化，而傳統(tǒng)的繞線體積的大小。自 20 世紀(jì) 60 年代以來(lái)，平面磁問(wèn)題。早期對(duì)平面磁性元件的研究主要集中在0 世紀(jì) 90 年代早期出現(xiàn)了許多關(guān)于平面磁性元4]-[45]。近年來(lái)，隨著印刷電路板(PCB)技術(shù)的快廣泛應(yīng)用起來(lái)[46]。

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本文編號(hào)：2758178