应用GaN HEMT的宽输入堆叠半桥LLC变换器设计

对于航天发射系统中的地面支持设备与特种重型车辆,锂电池组等新兴供电单元的应用使得车辆母线电压不断提高。这种电压提升在提高电池组充放电速度的同时,也对辅助电源的输入电压范围提出了更宽的要求。同时,为了提高电源开关频率与设备效率,将氮化镓高电子迁移率晶体管GaN HEMT（gallium nitride high electron mobility transistor）器件引入到LLC变换器设计中。为有效解决GaN HEMT耐压带来的应用限制,使用堆叠半桥三电平拓扑实现器件分压。通过PSIM进行仿真验证,证明该拓扑的设计有效性。最终制作2 kW的实物样机,实现400～800 V电压输入与25～40 V电压输出,峰值功率达到93.89%。     

LLC半桥谐振电路设计方法和优化方案

近年来随着液晶电视(LCD TV)等市场迅速增长,应用于其空间和散热有限的开关电源的市场也随之快速发展。这些开关电源要求具有较高的功率密度和平滑的电磁干扰(EMI)信号,并且所需要的电子元器件数量少、效率高。虽然在这方面可选的DC-DC拓扑众多,但是LLC半桥谐振电路在满足以上要求拥有独特的优势。本文主要介绍LLC半桥谐振电路的设计方法和优化方案,可使MOSFET工作在其最佳工作区域——软开关,有效地改善了电磁干扰。     

基于半桥LLC谐振的 AC-DC变换器研究与设计

随着电力电子技术的飞速发展,高效、高功率密度已成为功率变换器的主要发展方向,而传统脉冲宽度调制功率变换器采用硬开关技术,开关损耗大、效率较低。本文针对这一实际问题以及适应宽范围电压输入的应用需求,采用APFC+LLC+SR拓扑结构,设计了一款具备宽电压输入、高功率因数和高效率特点的AC-DC变换器,并完成了200W/24V系统样机设计。测试结果表明,当市电输入时,样机功率因数可达0.98,且系统在全负载范围内的平均效率达到92%以上,验证了设计方案的有效性,可满足一定范围内的实际应用需求。     

半桥LLC谐振变换器分析与设计

介绍半桥LLC谐振变换器的工作原理,在此基础上分析计算半桥LLC谐振变换器的主要参数,并以FSFR2100型控制芯片设计出一种半桥LLC谐振变换器,测试结果表明,半桥LLC谐振变换器具有高效率、高功率密度、低电磁干扰的特点.     

半桥LLC型谐振变换器的高频变压器设计

高频变压器作为半桥LLC型谐振变换器的核心组件,其设计将影响开关电源的损耗、输出电压的稳定性及发热量等。针对5 kW高频变压器的设计,介绍了高频变压器磁芯选型原则,采用面积乘积法(area product,AP)确定了绕组导线型号和磁芯类型,通过进一步优化计算得到了绕组匝数、变压器损耗及其他相关参数。最终确定的高频变压器参数为:原副边侧绕组导线为18号导线,磁芯型号为EE-100,变压器变比为0.737 5,原副边匝数分别为59和80匝,变压器损耗为16.187 W。     

基于GaN HEMT的MHz LLC直流变压器的设计*

为实现母线变换器的高效率和高功率密度,应用GaN HEMT将LLC-DCX的开关频率提高到1 MHz,在提高了变换器的功率密度的同时,实现了较高的转换效率.在介绍LLC谐振变换器的工作原理和特性的基础上,优化设计了LLC谐振变换器的谐振参数和平面变压器结构,最后研制出一台1 kW、1 MHz,额定270 V(230～400 V)输入,额定28 V输出的LLC-DCX实验样机,其峰值效率为97.57％,功率密度高达18.89 W/cm3.实验结果验证了该方案的合理性与可行性.     

GaN器件的高效率高功率密度LLC谐振变换器的优化设计

针对通信电源设备高效率、高功率密度的发展趋势,使用新型功率器件GaN作为LLC谐振电路的主功率器件,可以在较高的开关频率下提高电路的效率和功率密度.在分析LLC谐振变换器的开关过程和建模的基础上,利用LTspice仿真软件对LLC谐振网络参数进行仿真分析,优化了原边开关器件死区时间,改进了谐振参数设计和变压器绕组设计,...     

基于LLC串联谐振的半桥变换器的研究

提出了一种新型LLC串联谐振变换器。它可使原边所有的开关管零电压导通、副边的整流管零电流关断,因而可实现极高的转换效率。由于电路利用了变压器的励磁电感,可使变换器在宽输入范围内实现软开关。此外,利用漏感参与谐振,可有效降低副边整流管的电压应力,提高EMI性能。在分析LLC串联谐振变换器工作原理的基础上,设计了实验样机。实验结果证明,变换器转换效率可达到92.1%。     

非对称半桥交错并联输出式LLC谐振DC-DC变换器设计

LLC谐振变换器由于谐振特性,能够较容易实现软开关和增大变换器功率密度,在中大功率场合得到广泛应用。为了增大功率密度提高输出容量,设计了一种非对称半桥交错并联输出式LLC谐振DC-DC变换器,对变换器的工作过程进行了分析。分析了不同k值对变换器的影响,对谐振网络进行了等效分析。不同谐振频率下变换器分布在不同的工作区域,不同的工作区域中开关MOS管实现软开关过程的难易程度不等。通过仿真和样机测试验证了设计的变换器开关管能够实现零电压开关(ZVS),能够有效减小变换器的开关损耗。     

基于DSPIC数字控制器的LLC谐振变换器设计

阐述了一种基于16位高性能DSPIC数字控制器的LLC谐振变换器的设计原理。介绍了LLC变换器结构组成及特点,分析其3种稳态运行模式下的工作原理,在此基础上还介绍了Microchip公司的数字控制器DSPIC SMPS DSC的功能及特性,最后给出了采用此控制器实现输出功率200W,输入电压范围DC350～450V,输出12V的数字电源控制的硬件及软件设计方法。     

级联结构氮化镓功率器件及其在无线电能传输系统中的应用

为了进一步提升电能转换效率,介绍了一款基于650 V氮化镓高电子迁移率晶体管GaN HEMT(gallium nitride high electron mobility transistor)的共栅共源级联(cascode)结构开关管及其在无线电能传输方面的应用。在GaN HEMT器件设计方面,通过仿真讨论了器件的场板设计对电容和电场的影响。所制造的cascode器件在650 V时漏电约为2μA,在源漏电压400 V时输入电容C_(iss)、输出电容C_(oss)和反向传输电容C_(rss)分别为1 500 pF、32 pF和12 pF,动态导通电阻升高约16%。基于该款cascode器件设计并展示了一款240～320 kHz、满载功率1 kW的无线充电样机,在200～1 000 W负载范围内效率明显高于Si器件,最高效率超过95%。     

High performance 1 mm AlGaN/GaN HEMT based on SiC substrate

This is our first report on the high performance 1 mm AlGaN/GaN high electron mobility transistor (HEMT) which was developed using home-made AlGaN/GaN epitaxy structures based on SiC substrate. Metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) was used to generate the epitaxy layers. Corresponding experiments show that the device has a gate length of 0.8 μm exhibiting drain current density of 1.16 A/mm, transconductance of 241 ms/mm, a gate-drain breakdown voltage larger than 80 V, maximum current gain frequency of 20 GHz and maximum power gain frequency of 28 GHz. In addition, the power gain under the continues wave condition is 14.2 dB with a power density of 4.1 W/mm, while under the pulsed wave condition, power gain reaches 14.4 dB with power density at 5.2 W/mm. Furthermore, the two-port network impedance characteristics display great potential in microwave application. __________ Translated from Chinese Journal of Semiconductors, 2006, 27(11): 1981–1983 [译自: 半导体学报]     

GaN器件的LLC谐振变换器的优化设计

首先介绍了LLC谐振变换器的工作原理,详细分析了基于增强型氮化镓(e Ga N)场效应晶体管的LLC谐振变换器的开关过程。分析结果表明,通过调节死区时间可以避免Ga N晶体管的反向导通,从而减小损耗;通过减小高频功率回路电感可以减小功率回路的振荡。再对死区时间和功率回路布线分别进行了优化,由于Ga N晶体管栅源电压安全裕量很小,为确保器件安全,对驱动回路布线进行优化;最后设计了1台输入电压为48 V、输出电压为12 V、输出功率为100 W、开关频率为1 MHz的LLC实验样机,并进行了实验验证。实验结果表明,高频功率回路电感从5.6 n H降为0.4 n H时,下管关断时的漏源电压超调由15%下降到6.7%,另外驱动功率回路采用单层布线带屏蔽层的布线方式后,开关管的驱动电压几乎没有振荡。     

新型LLC谐振变换器的分析与设计

针对多数文献对LLC谐振电路工作原理阐述的不够详细和贴近实际,详细阐述了LLC谐振电路的工作原理.该拓扑采用固定死区的互补调频控制方式,利用变压器的漏感和励磁电感,通过与谐振电容产生谐振,实现零电压开关(ZVS).结果表明,LLC谐振变换器具有转换效率高、EMI小等诸多优点,更适合开关电源的高频化和高效率的要求.     

基于GaN器件的PFC设计

针对氮化镓GaN(gallium nitride)功率晶体管在AC-DC变换器当中的应用进行设计。首先,在了解GaN器件的基本特性后,通过LTspice仿真软件搭建了PFC电路,分析了GaN寄生参数对驱动电路的影响,得出的结果对PFC的PCB布局有明显的帮助,应尽量减小驱动器与GaN器件之间的距离,从而达到降低寄生电感的作用;然后,对高频Boost PFC电路进行了分析以及电感和电容的设计;最后,通过仿真验证了设计的正确性,并以UC3854为控制器搭建了1台2.5 kW 500 kHz的高功率密度PFC样机,测得的驱动波形稳定。     

考虑寄生电容的半桥LLC谐振变换器参数优化设计

含变压器的隔离型变换器易受到寄生电容的影响,降低系统运行的稳定性。针对LLC谐振变换器,建立含变压器寄生参数的等效电路模型,推导电压增益公式。对比无寄生参数和含寄生参数的电压增益曲线,分析寄生电容对选取电感比及其品质因数所产生的影响。在设计参数时考虑寄生电容的影响,分析开关管实现ZVS的条件,推导电感比的计算方法以及品质因数的取值范围。优化设计电感比、品质因数,进而优化各谐振参数。搭建实验样机,验证该优化方法的正确性和可行性。     

基于GaN FETs的高频半桥谐振变换器分析与设计

随着Si材料半导体器件性能逐步达到瓶颈,宽禁带半导体器件(GaN、SiC)在诸多方面展现出了很好的性能,如低导通阻抗,小输入、输出电容等,这些特性使得GaN和SiC器件能够应用在更高的开关频率条件,从而提高系统的功率密度。针对基于GaN FETs构成的高频半桥谐振变换器进行设计,分析了高频条件下寄生电感参数对系统驱动电压及漏源极电压的影响,同时分析了高频条件下系统电压电流测量所需注意的事项及影响因素,为高频条件下GaN FETs的应用提供一定的帮助。     

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...     

基于GaN器件LLC谐振变换器的平面变压器优化设计

现代开关电源的发展呈现高效率和高功率密度的趋势。基于GaN器件LLC谐振变换器,采用同步整流技术,通过平面变压器的设计和结构优化大大减小了变换器的高度和体积,同时也减少损耗,提高了系统的功率密度和效率。搭建了1 MHz/120 W同步整流LLC谐振变换器硬件电路,对设计进行了实验验证。样机的功率密度达到了262 W/in~3,最高效率达到了94.9%。