应用于LLC谐振变换器的GaN器件及其驱动电路设计

随着新一代宽禁带器件的出现,应用于LLC谐振变换器上的功率半导体器件的总体性能有了进一步的提高。本文以氮化镓晶体管为研究对象,首先对氮化镓材料进行了介绍,接着分析了氮化镓晶体管的分类和特性,然后详细分析了驱动电路的设计,阐述了高频下驱动回路电感对驱动信号的影响,并通过合理的驱动回路布线,减小了驱动回路的线路电感,增加了电路的可靠性。最后设计了一台试验样机验证了该驱动电路设计方案的可行性。     

零电压双LLC谐振软开关超高频感应加热电源变换器

提出了一种用于超高频感应加热电源的双LLC谐振槽路的零电压谐振开关变换器.这种新型的拓扑结构能够吸收电路中杂散分布电感和器件内部的寄生电容,开关器件工作于零电压软开关模式,解决了一般高频变换器中分布电感电容引起的电压电流振荡过冲高和开关损耗大的问题.另一方面,由于输入端引入了高频平波电感,使得变换器同时具有电压型和电流型逆变器的优点,两只开关的控制不需要死区时间的限制,因而更加适合于高频工作.本文分析了电路的工作原理,并给出了1MHz频率下电路工作的仿真与实验结果.     

基于GaN HEMT的半桥LLC优化设计和损耗分析

较之于传统硅器件,新出现的增强型氮化镓晶体管GaN HEMTs(gallium nitride high electron mobility transistors)具有很高的开关速度和高功率密度的特性,可以为直流变换器提供有效的改进。为了解决GaN HEMT在硬开关应用场合下的波形振荡并提高功率密度和效率,采用半桥LLC谐振变换器为本次应用的拓扑结构。以减小损耗为目的,优化了LLC的谐振参数和死区时间。在400 V输入电压、开关频率300 kHz和输出电压18 V电流12 A的测试条件下,效率达到95.59%。最后对变换器的损耗来源进行分析,损耗的理论计算值接近实际测量值,证明了方法具有一定的实用性。     

磁放大后级调整技术在LLC谐振型变换器中的应用

为了使LLC谐振变换器适用于高调整率要求的多路输出场合,利用"分时"的方法,同时采用两个饱和电感将磁放大后级调整技术应用于LLC谐振型变换器.分析了在LLC谐振变换器中磁放大器死区问题对调整率产生的影响,通过理论分析和实验证明了磁放大器死区问题在LLC谐振变换器中的影响要比反激型变换器中小得多,制作了310V输入,24V/3A和12V/2A输出的实验样机,实验结果证明带有磁放大后级调整技术的LLC谐振变换器仍旧具有全范围的零电压开关条件,并且具有极佳的交叉调整率,满载效率达到88.5%.     

高频LLC谐振变换器的效率优化

随着电力电子功率器件的发展,功率变换器向着高频、模块化发展。LLC谐振变换器由于拓扑结构简单且能在全负载范围内实现开关管的零电压开通和副边二极管的零电流关断,损耗小、效率高,可逐渐应用于高频场合,从而成为业界的研究热点。随着工作频率的提高,原先在传统LLC中被忽略的寄生电容不仅会影响原边开关管的软开关过程而且还会使得谐振电流发生畸变。分析了寄生电容对变换器软开关的影响且对死区时间进行优化设计,以提高变换器的效率。研制了一台功率为250 W,工作频率为400 kHz的LLC谐振变换器原理样机,并进行了实验验证。     

GaN器件在高频谐振变换器上的应用研究

提高变换器开关频率能有效提高功率密度,但开关及驱动损耗也会相应增加。氮化镓(GaN)器件具有导通电阻低、寄生电容小等特点,更适合高频应用。这里研究增强型GaN高电子迁移率晶体管(eGaN HEMT)在高频Boost谐振变换器中的应用和实现,针对由寄生电感引起的驱动电压振荡,给出可抑制振荡驱动电阻的选取准则。10 MHz谐振变换器样机实验表明,按此准则设计的电路可正常、有效运行。相比于采用Si MOSFET,采用eGaN HEMT后变换器效率有所提高。     

一种适用于GaN器件的谐振驱动电路

针对氮化镓(GaN)器件,传统的驱动电路是电压源型驱动,在高频下充放电回路中的寄生电感会引起栅源电压振荡,超过GaN器件的栅源耐压值,损坏GaN器件。采用谐振驱动(RGD)电路是解决上述传统驱动存在的问题的有效途径之一,利用LC谐振,在GaN器件开通和关断时提供一条低阻抗箝位路径,减小栅源电压的振荡,提供一个稳定的栅源电压。详细分析了RGD电路的工作原理,同时设计制作了1 MHz的Boost变换器原理样机,并给出了实验结果。     

一种可控谐振电感的半桥LLC电路及其控制

本文提出了一种可控谐振电感的半桥LLC电路,根据输出电流的大小调节谐振电感的感量,从而改变谐振腔的参数,使得开关频率基本维持恒定,同时缩小了LLC变换器轻载打嗝范围,这确保变换器在宽功率范围输出时无噪声,并且具有优良的输出特性.论文详细分析了可控电感的磁路、控制方法以及LLC变换器的工作原理和工作过程,对所提出电路及其控制进行了计算机仿真,并设计了一台输入为740 V,输出为420 V,满载功率为1.8 kW,输出功率范围为10％ ～100％的样机.计算机仿真与实验结果表明,通过调节谐振参数,使得开关频率基本恒定在140 kHz,在整个功率输出范围内变换器都未进入打嗝模式,输出电压特性好.与传统的LLC电路相比,该电路具有高的转换效率.     

三电平LLC谐振型DC/DC变换器的分析和设计

将三电平技术和LLC谐振变换器结合起来，提出三电平LLC谐振变换器。根据等效电路模型推导出该变换器输入输出电压的增益与开关频率、负载之间的关系，揭示其开路和短路特性，为该变换器的空载工作和短路保护的设计提供了理论基础。提供了该变换器两个死区时间的设计方法，从而保证了开关电压应力限制在输入电压的一半，同时满足每个开关零电压关断的实现条件。谐振参数可用推荐的方法依照变比n谐振电容Cs、谐振电感Ls、谐振电感Lm、的次序来设计。最后根据所提供的设计方法设计了一个540W样机，性能和结果满足要求，效率达94．7％。     

具有软开关特性的串联电容型高频高增益双向DC-DC变换器

本文提出了一种具有软开关特性的串联电容型高频高增益双向DC-DC变换器。在传统的基于耦合电感的升降压电路的基础上,引入了一个电容和一个开关管,有效提升了变换器增益。同时构造了基于串联电容谐振回路,为开关器件的软开关创造条件。并且为了减少振荡和无源器件的体积,可将耦合电感的漏感作为谐振电感,从而减少了无源元件数目,在高频工作条件下可实现高功率密度和高效率。本文详细介绍了该变换器的工作原理和参数设计方法,并搭建了一台48V/5V、50W、750kHz的实验样机,相关结果证明所提拓扑及设计方法的正确性。     

基于氮化镓场效应晶体管的高性能48 V总线电源

48 V电源架构在数据中心电源系统中的推广激发了人们对具有更高效率和功率密度的先进电源解决方案的极大兴趣。具有超低寄生电容和导通电阻的氮化镓场效应晶体管GaN FET(gallium nitride field effect transistor)开辟了一种新方法 ,可实现前所未有的转换器性能和小型化。评估了采用与适当功率等级相对应的各种拓扑结构的48 V电源架构的DC-DC电源转换中的GaN FET。首先涵盖GaN FET的开关特性分析;然后将GaN FET用于开发各种48 V降压转换器,从同步降压、多电平和多相转换器到LLC谐振转换器;最后提供了选择合适GaN FET的指南。与传统基于MOSFET的转换器相比,这些基于GaN FET的转换器在不增加成本的情况下功率效率和功率密度显著提高。     

基于柔性电感的恒频控制LLC谐振变换器

传统LLC谐振变换器采用变频控制,在输入电压变化范围较宽时开关频率变化范围宽,其磁性元件难以优化设计.将LLC谐振变换器中的谐振电感设计为柔性电感,通过改变柔性电感的电感而改变变换器的谐振频率,改变LLC变换器的输出特性,实现宽输入电压、宽负载范围内的恒频调压,进而可以实现变压器、电感、滤波电容等元件的优化设计.首先介...     

蓄电池充电电流控制的LLC谐振变换器研究

LLC谐振变换器电压控制模式通常采用误差放大器输出电压来直接控制开关频率,该控制方法使LLC谐振变换器的增益与频率之间的关系较为复杂,导致补偿网络设计相对较难,动态响应速度较慢,且大多数控制方案都未考虑集成变压器次级漏感带来的虚拟增益对谐振变换器参数设计的影响。针对以上问题,研究了基于充电电流控制的LLC谐振变换器,分析了变压器次级漏感,推导出电压增益表达式。与传统电压模式控制LLC谐振变换器相比,充电电流控制LLC谐振变换器保持了软开关特性,输入瞬态响应速度和负载动态响应速度均有较大提升,无需压控振荡器,在简化反馈回路设计的同时实现了固有前路反馈。文中详细分析了充电电流控制LLC谐振变换器的工作原理和集成变压器次级漏感的考虑事项,最后通过仿真和实验验证了理论的正确性。     

基于LLC谐振网络宽电压恒流LED驱动电源设计

半桥LLC谐振变换器以其高功率密度、高效率等优点被广泛的应用于LED照明和通信电源等领域。在LLC谐振网络的设计中,合理的谐振参数是保证变换器稳定高效运行的前提。本文针对LED驱动电源低压大电流的应用场合,分析其所适合的工作区域,然后根据效率及输出增益范围的要求对励磁电感及k值进行优化设计,从而得到准确的谐振参数。最后制作了一台额定输出48V/30A的样机,其输出电流恒定30A,输出电压范围为30~48V,峰值效率为96.3%,实验结果验证了该设计方法的正确性。     

Analysis and Experimental Validation of an Interleaved LLC Resonant Converter with Reduced Component Count

This paper presents an interleaved LLC resonant half-bridge DC-DC converter with lesser component count. Unlike most of the conventional interleaved LLC resonant converters, the proposed converter uses only one power transformer having two primary windings and one secondary winding. The primary windings of the transformer are fed in parallel via dual resonant tanks by operating the power switches of half-bridge network with interleaved half-switching cycle. Due to parallel feeding, core magnetization current divides equally between primary windings. Consequently, the effective value of magnetization inductance seen at each primary winding becomes twofold of the measured value. An equivalent circuit of converter is derived to validate this phenomenon. The gain characteristics of the equivalent circuit indicate that the maximum gain of converter occurs at relatively lower switching frequency than the conventional two power transformers-based interleaved LLC converters. Consequently, the proposed converter will have same operational characteristics at half magnetizing inductance. The validity of developed equivalent circuit and operational principle and performance of converter are confirmed by both simulation and experimental results of a 1000-W prototype. The experimental results show that for an input voltage of 400 V, converter has maximum efficiency of 96.24% at output power of 1000 W.     

适合大电流输入高压输出的软开关直流变换器

首先,提出了一种LLC谐振的软开关直流变换器,其中原边包含4个开关管、2个变压器绕组和1个耦合电容,并利用耦合电容构造了2个变压器绕组同时工作的回路,实现了两者的均流;副边包含2个二极管和2个谐振电容,构成了一个谐振式倍压电路;然后,利用变压器漏感、励磁电感和谐振电容产生LLC谐振来传递能量,各开关管能实现零电流开通,二极管零电流关断,且承受的反向电压为输出电压,关断损耗也很小;最后,分析了电路各阶段的工作原理,推导了电压增益特性,并设计了一款22~28 V输入、360 V输出、额定负载800 W的样机。实验测试结果证明,电路最高效率达到93.5%,同时也证明了电路的有效性。     

基于MC33067的LLC谐振全桥变换器的应用设计

LLC变换器以其卓越的性能迅速成为DC/DC变换器的首选拓扑,而目前该拓扑大多应用在小功率半桥变换器,而在大功率全桥变换器中的应用还较少。在此提出了一种基于高性能谐振控制器MC33067的LLC谐振全桥变换器设计方案,该拓扑采用了固定死区的互补调频控制方式,巧妙利用了变压器的励磁电感和外置谐振电感与谐振电容发生谐振,实现了初级零电压(ZVS)开通以及次级零电流(ZCS)关断,并给出了输出直流电压48 V,满载功率2 kW的试验结果。试验结果表明,LLC谐振全桥变换器具有高频、高效率等优点,符合电源高功率密度、高效的发展要求。     

宽输入高增益隔离升压型DC/DC变换器

隔离升压型DC/DC变换器是一类可以将低压直流母线变换成高压直流母线并实现电气隔离的变换器的统称。该技术在新能源发电领域如燃料电池发电系统以及微逆变器系统中应用广泛,其研究热点是宽输入适应性、高增益和高效率功率变换。LLC谐振变换器很好地符合这些要求。为此,研究了基于全桥LLC谐振变换器的高增益隔离升压型DC/DC变换器,提出了单级式和两级式两种方案,单级式方案为输出稳压LLC谐振变换器,而两级式方案为Boost变换器级联输出不稳压LLC谐振变换器。分别提出了LLC谐振变换器在单级式和两级式方案中的基于最佳励磁电感的谐振腔参数设计方法,并且分别通过样机实验验证了所提出的设计方法的有效性。