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。     

基于LLC的高效率开关电源设计

前级采用Boost+APFC电路,后级采用同步整流技术,以LLC串联谐振变换器为核心,进行了满足谐波要求高效率高功率密度90 W开关电源的设计.在对LLC谐振变换器组成结构与工作原理、零电压、零电流开关工作条件下的频率设定和频率调节输出电压及其增益特性分析的基础上,给出了LLC谐振变换器的具体过程,计算得到了谐振电容、...     

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。     

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%。     

基于氮化镓的高频LLC变换器研究

5G时代的到来对电源系统提出了更高的要求,即要求变换器具有高效率、高功率密度以及快速动态响应。针对该问题,使用第三代宽禁带半导体器件氮化镓（GaN）晶体管,优化变压器结构,采用新型分数匝结构,通过DSP数字控制方法设计一款400 V转12 V、输出功率为500 W的高效率、高功率密度LLC谐振变换器。通过理论分析高频状态下实际LLC电路参数影响,确定系统优化方向,并结合有限元仿真软件改进分数匝变压器结构,最后搭建实物平台验证理论的可行性。     

用于前端整流器的高效高密度可调直流变压器

前端整流器中,基于级联H桥(CHB)的功率因数校正器能够充分利用低压器件损耗低的特点以获得高效率,并大幅降低电感体积以提高功率密度.但是,由于CHB拓扑导致多个独立的低压母线,后级多个独立的DC-DC必需针对上述特征进行优化设计.该文采用可调直流变压器(RDCX)电路作为后级DC-DC,在保证输出电压紧调整的同时,利用RDCX电路的部分功率调节特性,取得了高效高功率密度.针对多个RDCX模块的组合优化问题,建立模块输出电压与二次侧整流管最小损耗的模型,找出了二次侧整流管损耗最小的RDCX模块组合结构.同时,提出一种兼顾功率密度和损耗最小的变压器优化设计方法.基于上述方法,设计单模块500W,总功率3kW的6模块RDCX组合样机.该样机峰值效率达到了98.1％,满载效率达到了97.9％,功率密度达到了1300W/in3(1in3=1.63871×10?5m3).     

应用于数据中心48 V母线的高效率、高功率密度1 MHz开关谐振腔变换器设计*

数据中心48 V母线为VRM的设计带来高降压比(48 V/10 V)、超低压大电流和超快动态响应的三大技术挑战。为进一步提高48 V VRM的转换效率和功率密度,在论述各种解决方案的基础上,以两级式结构为参考,研究前级开关谐振腔变换器的MHz设计、优化与实现。在分析工作原理的基础上,考虑谐振回路寄生电阻和飞跨电容为有限值对谐振频率的影响,因参数容差致使开关管未实现ZCS时需在死区时间将谐振电流恢复至零,得到谐振参数约束;最后根据1 MHz 开关谐振腔变换器的损耗特点,选择合适器件。实验室搭建了一台48 V输入、12 V/25 A输出、1 MHz原理样机,功率密度达57.79 W/cm3(947 W/in3),测试峰值和满载效率分别高达98.19%和94.8%,验证了设计方案的可行性和先进性。     

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%。     

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。     

LLC谐振变换器的变压器绕组优化设计

针对LLC谐振变换器工作在高频条件下对平面变压器寄生电容较为敏感的问题,采用磁集成技术对变压器的二次绕组进行优化设计,使得变压器寄生电容和绕组涡流损耗的综合效果最优。该文对平面变压器层间寄生电容的影响因素进行了具体分析,在极坐标系下建立变压器寄生电容的数学模型,并归纳出各影响因素在不同电流情况下的作用效果。该文提出了两种绕组形状的优化设计方案,从减小绕组正对面积的角度改善变压器的寄生电容。利用有限元仿真软件Maxwell,搭建变压器的3D仿真模型,根据仿真结果对比了采用不同优化方案时寄生电容的改善效果,验证了理论分析的可靠性。为了兼顾变换器的寄生电容和涡流损耗,给出了绕组面积设计的优化范围,并确定了最终的优化方案。最后,采用改良后的磁集成平面变压器,搭建了一台500W的样机,效率最高可达97.53%。     

全桥LLC谐振变换器中变压器的设计

全桥LLC谐振变换器中高频变压器的设计对于提高变换器效率和功率密度至关重要.传统变压器设计方法主要依靠经验,设计相对保守,且当前的产品对于减小体积、降低成本的需求越来越突出.此外,与普通变压器不同,LLC中的变压器同时实现了一个变压器和一个电感的功能,这就需要设置合适的气隙以满足条件.针对以上问题,提出了一套完整的变压...     

基于LLC直流变压器(LLC-DCT)效率优化的死区时间与励磁电感设计

对于传统PWM变换器,死区时间越小,效率越高,而谐振变换器并非如此。本文针对LLC谐振式直流变压器(LLC-DCT),通过推导LLC拓扑损耗与死区时间的定量关系,提出了一种基于死区时间和励磁电感最优解的LLC谐振参数设计方法。从而选取最佳死区时间和励磁电感,得到最优化的整机效率,避免了先前设计中死区时间选取的盲目性。同时,根据工作在直流变压器下的LLC特点,分析了励磁电感与谐振电感比值和品质因素的选取。最后,研制了一台基于该优化设计方案的150W LLC-DCT样机,实验结果表明了设计方法的有效性和准确性。     

基于GaN器件的直流配电网用户侧DC/DC变换器设计

隔离型DC/DC变换器连接低压直流配电网和用户侧直流负荷,在低压直流配电系统中起着重要作用, 对其效率和功率密度提出更高的要求。本文采用具有原边开关管零电压开通和副边整流管零电流关断特性的LLC谐振变换器,首先分析变换器的工作原理,对其谐振参数进行选择。使用具有更低的导通电阻和等效输出电容的氮化镓器件作为原边开关管,进一步提高变换器工作频率和效率,降低磁性元件体积。在此基础上,对GaN器件驱动、同步整流和磁性元件进行优化和设计。最后搭建了一台375V/48V/500W的LLC谐振变换器样机,最高效率为97.6%,验证了设计的正确性。     

基于平面变压器的LLC谐振变换器设计

LLC谐振变换器开关损耗低,工作频率高,能够满足高功率密度、高效率的指标要求,适用于车载DC/DC变换器.但是,LLC谐振变换器在低压大电流的重载工况下,品质因数较大,零电压开通(ZVS)难以实现,不利于效率的提升和电磁兼容(EMI)性能的优化.针对上述问题,对LLC谐振变换器死区内的工作模态进行时域分析,提出一种优化...     

LLC谐振全桥DC/DC变流器的优化设计

LLC谐振全桥DC/DC变流器具有很高的功率密度和转换效率,但仍需合理的设计才能体现其优势.在该变流器中,谐振网络参数的选取对电路性能有至关重要的影响.本文从提高全输入范围内变流器转换效率的角度出发,对谐振网络及其它参数进行了优化设计.最后制作了一台1 kW功率等级的样机,对所提出的设计方法进行的实验结果表明,采用所设计的LLC谐振全桥DC/DC变流器具有工作频率范围窄,全输入范围内效率高等优点.     

高频变压器一次侧串联LLC+输出端并联Buck级联直流变换器

为满足高压/宽输入、输出低压/大电流以及高功率密度直流模块电源的技术要求,提出一种变压器一次侧串联LLC+输出端交错并联Buck电路的级联高频直流变换器拓扑结构。该级联变换器的前级LLC工作在定频、开环方式,实现电气隔离与降压;后级交错并联Buck电路采用相同占空比、闭环工作方式,实现输出稳压与自然均流。针对该级联变换器的工作模态、LLC的谐振参数设计进行分析;同时,针对高频变压器匝比和Buck电路占空比等参数的不一致性对输出自然均流的影响,也进行了理论分析。最后,仿真和实验均证明了该级联变换器理论分析的可行性与正确性。     

低压直流系统用LLC谐振直流变换器参数优化设计方法

针对低压直流系统用直流变换器,文中提出一种利用相量图进行LLC谐振变换器参数设计的方法。在介绍LLC谐振变换器的基本工作原理之后,采用基波分析法,得到变换器的基波等效电路;然后,通过相量图表现变换器中各变量的关系,以此说明变换器增益范围对励磁电感和谐振电容取值的限制要求;最后,结合谐振电容选型和变换器效率特性等因素,利用最低开关频率与谐振电容峰值电压和谐振电流的关系,方便地确定最低开关频率和其它电路参数的设计值。