PFC變換器作為電源系統(tǒng)的前級,提高其功率密度,可以有效提高整個電源系統(tǒng)的功率密度。然而Si-MOSFET的性能已經(jīng)趨近其理論極限,寬禁帶半導(dǎo)體氮化鎵（GaN）應(yīng)運(yùn)而生,其具有硅材料所不具備的優(yōu)異性能。結(jié)電容小、開關(guān)速度快、通態(tài)電阻低等優(yōu)點使得GaN高電子遷移率晶體管（HEMT）成為高頻領(lǐng)域主流的功率半導(dǎo)體器件。但是其驅(qū)動電壓范圍較窄,驅(qū)動電路的設(shè)計相對困難。針對GaN HEMT器件,當(dāng)開關(guān)頻率達(dá)到1MHz,采用傳統(tǒng)電壓源驅(qū)動時,驅(qū)動回路中的寄生電感會引起柵源電壓振蕩,超過GaN HEMT器件的柵源耐壓值,損壞GaN HEMT器件。采用諧振門極驅(qū)動（RGD）電路是解決傳統(tǒng)電壓源驅(qū)動存在問題的有效途徑之一,利用LC諧振,在GaN HEMT器件開通和關(guān)斷時提供一條低阻抗鉗位路徑,提供穩(wěn)定的柵源電壓。對其進(jìn)行了原理分析和參數(shù)設(shè)計,采用DSP28035和CPLD完成RGD驅(qū)動邏輯的設(shè)計。將諧振驅(qū)動電路應(yīng)用在基于GaN HEMT器件的CCM模式Boost PFC變換器中,開關(guān)頻率為1MHz。搭建了300W的Boost PFC實驗樣機(jī),并采用Si-MOSFET作對比實驗,獲得了相關(guān)實驗波形和數(shù)據(jù)。... 

【文章頁數(shù)】：92 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 研究背景與意義
    1.2 GaN器件的概述
        1.2.1 GaN器件的特性
        1.2.2 GaN器件的發(fā)展現(xiàn)狀
    1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.3.1 GaN器件的應(yīng)用研究現(xiàn)狀
        1.3.2 高頻PFC功率變換器的研究現(xiàn)狀
    1.4 本文主要研究內(nèi)容
第2章 Boost PFC變換器分析與設(shè)計
    2.1 引言
    2.2 諧振門極驅(qū)動技術(shù)
        2.2.1 傳統(tǒng)電壓源驅(qū)動
        2.2.2 諧振門極驅(qū)動
    2.3 RGD電路的分析與設(shè)計
        2.3.1 RGD電路結(jié)構(gòu)和工作原理
        2.3.2 RGD電路的特點
        2.3.3 RGD電路的參數(shù)設(shè)計
    2.4 基于GaN HEMT的Boost PFC變換器
    2.5 主電路參數(shù)設(shè)計
        2.5.1 電感設(shè)計
        2.5.2 輸出電容設(shè)計
        2.5.3 開關(guān)器件選擇
    2.6 損耗計算與分析
        2.6.1 損耗計算
        2.6.2 損耗對比分析
    2.7 基于GaN HEMT的單相Boost PFC系統(tǒng)軟硬件設(shè)計
        2.7.1 采樣電路設(shè)計
        2.7.2 DSP程序設(shè)計
        2.7.3 輔助開關(guān)驅(qū)動邏輯設(shè)計
    2.8 本章小結(jié)
第3章 Boost PFC變換器仿真與實驗
    3.1 引言
    3.2 單相Boost PFC變換器仿真
        3.2.1 仿真電路圖
        3.2.2 仿真結(jié)果分析
    3.3 實驗樣機(jī)
    3.4 基于RGD電路的Boost PFC變換器實驗結(jié)果
        3.4.1 RGD驅(qū)動電路實驗波形
        3.4.2 基于GaN HEMT的Boost PFC變換器實驗波形
        3.4.3 基于GaN HEMT的Boost PFC變換器測量結(jié)果
        3.4.4 基于Si-MOSFET的Boost PFC變換器實驗結(jié)果
        3.4.5 效率曲線對比
    3.5 本章小結(jié)
第4章 圖騰柱無橋PFC分析與設(shè)計
    4.1 引言
    4.2 圖騰柱無橋PFC變換器
        4.2.1 傳統(tǒng)圖騰柱無橋PFC變換器
        4.2.2 基于GaN HEMT的圖騰柱無橋PFC變換器基本原理
        4.2.3 基于GaN HEMT的圖騰柱無橋PFC變換器控制方法
    4.3 主電路參數(shù)設(shè)計
        4.3.1 電感設(shè)計
        4.3.2 輸出電容設(shè)計
        4.3.3 開關(guān)器件選擇
    4.4 主電路損耗計算
        4.4.1 電感損耗計算
        4.4.2 主電路開關(guān)管損耗計算
    4.5 無橋PFC電路硬件設(shè)計
        4.5.1 驅(qū)動電路設(shè)計
        4.5.2 采樣電路設(shè)計
    4.6 本章小結(jié)
第5章 圖騰柱無橋PFC變換器仿真與實驗
    5.1 引言
    5.2 圖騰柱無橋PFC變換器仿真
        5.2.1 仿真電路圖
        5.2.2 仿真結(jié)果分析
    5.3 實驗樣機(jī)
    5.4 圖騰柱無橋PFC變換器實驗驗證
        5.4.1 圖騰柱無橋PFC變換器實驗
        5.4.2 圖騰柱無橋PFC變換器測量結(jié)果
    5.5 GaN器件驅(qū)動電壓振蕩問題分析
    5.6 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間承擔(dān)的科研任務(wù)與主要成果
致謝


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]寬禁帶半導(dǎo)體器件研究現(xiàn)狀與展望[J]. 朱梓悅,秦海鴻,董耀文,嚴(yán)仰光,徐華娟.  電氣工程學(xué)報. 2016(01)
[2]MOSFET開關(guān)損耗分析[J]. 趙輝,徐紅波.  電子設(shè)計工程. 2015(23)
[3]半導(dǎo)體可靠性技術(shù)現(xiàn)狀與展望[J]. 楊立功,于曉權(quán),李曉紅,羅俊.  微電子學(xué). 2015(03)
[4]電力電子器件及其應(yīng)用的現(xiàn)狀和發(fā)展[J]. 錢照明,張軍明,盛況.  中國電機(jī)工程學(xué)報. 2014(29)
[5]一種斷續(xù)電流模式的新型高頻電流源驅(qū)動電路[J]. 張之梁,李艷楠,徐傳崗.  中國電機(jī)工程學(xué)報. 2011(18)
[6]高頻諧振門極驅(qū)動電路的研究[J]. 劉麗,馬瑜,謝小高,錢照明.  電力電子技術(shù). 2007(11)
[7]利用附加電感實現(xiàn)高頻功率MOSFET諧振柵極驅(qū)動[J]. 沈剛,王華民.  電氣傳動. 2005(01)
[8]COOLMOS ICE2A系列的應(yīng)用研究[J]. 周新英,越珂.  電源技術(shù)應(yīng)用. 2002(10)
[9]COOLMOS ICE2A系列的應(yīng)用研究[J]. 周新英,越珂.  電源技術(shù)應(yīng)用. 2002 (10)

博士論文
[1]面向光伏逆變系統(tǒng)的氮化鎵功率器件應(yīng)用研究[D]. 張雅靜.北京交通大學(xué) 2015

碩士論文
[1]GaN HEMT功率器件新結(jié)構(gòu)和模型研究[D]. 付文麗.電子科技大學(xué) 2013



本文編號：3693562