基于氮化镓器件的Boost PFC设计与损耗分析

基于硅(Si)器件的PFC Boost已被广泛研究。由于Si器件特性已经被使用接近极限,基于其的变换器特性也很难再提高。氮化镓(GaN)器件的逐渐普及为变换器性能提高到一个新的等级提供了可能。本文系统介绍一款基于GaN器件的Boost PFC的设计,从主电路设计、效率分析到控制原理。最终选用NCP1654 作为电路控制器并采用GaN HEMT及SiC二极管实现了一款300W 200kHz的PFC,最高理论效率达到98.1%。通过仿真和实验验证了系统设计,展现了宽禁带器件在提升系统效率方面的潜力。     

一种基于GaN器件的兆赫兹DC/DC变换器设计

当前中低压输入军用高可靠DC/DC电源模块普遍采用Si基功率开关,典型输入电压28 V、开关频率500 kHz,随着模块电源小型化发展、开关频率不断提升,开关损耗大幅增加,严重影响电源转换效率.软开关技术的应用可以大幅降低高频化带来的开关损耗,然而软开关控制线路结构复杂,在军用高可靠领域中目前尚无可用的高端集成控制器.GaN器件具有极低的栅电荷、输出电容以及零反向恢复电荷特性,在不增加线路复杂度的前提下可有效降低高频应用带来的开关损耗,这一点在消费电子领域AC/DC变换器中取得成功应用.然而在中低压输入军用高可靠电源模块中,随着母线电压大幅降低和开关频率的提升,GaN器件的高速特性能否有效降低开关损耗提升转换效率还有待验证.本文采用单端反激功率拓扑、同步整流技术设计了一款典型输入28 V、输出5V/30W、开关频率1 MHz的原理样机,通过对单元电路损耗的定量分析和测试验证,获得了GaN器件与Si基器件在1 MHz开关频率下的损耗与效率曲线,得出中低压高频条件下,使用GaN器件的转换效率相比Si基器件提升4%,并且功率开关的电压应力控制在合理范围内.对于军用高可靠领域中低压输入DC/D...     

离子注入机中高压电源主电路工作频率的确定

离子注入机中高压直流稳压电源的主电路采用了脉宽调制式变换电路。本文从控制主要元器件的功耗入手，讨论如何选择变换器的工作频率和设计主要器件的参数，以确保电源的低功耗和高效率。     

GaN功率器件栅驱动电路技术综述

第三代宽禁带半导体GaN晶体管具有低导通阻抗、低寄生参数和更快的开关速度,有望取代传统Si MOSFET,成为未来高性能电源系统实现方案。GaN器件的优势在400 V以上高压系统中更为明显,可以实现更高的开关频率和功率密度,显著提高系统的转换效率,特别适合电源模块小型化发展趋势。介绍了200 V以下低压GaN驱动电路的应用和关键技术。分析了从低压系统拓展到400 V以上高压系统时需要作出的优化与改进。详细介绍了高压GaN系统中基于无磁芯变压器耦合隔离的隔离驱动技术和耗尽型GaN负压栅驱动技术。最后,总结了目前高压GaN驱动电路在工业领域的具体应用。     

基于GaN器件的有源箝位双向反激变换器设计

文章针对氮化镓(Gallium Nitride,GaN)功率晶体管在双向DC-DC变换器中的应用进行设计。近年来,第三代宽禁带功率半导体器件GaN凭借其体积小、高频、高效率等优势,在电力电子应用中得到了广泛的关注。为实现双向DC-DC变换器在便携式小功率应用场景下的能量双向高效传输,设计了一种基于GaN器件的有源箝位双向反激变换器并对其性能进行了验证。详细地介绍和分析了变换器的工作原理、开关模态以及软开关实现条件,并对主电路参数进行设计。采用LTspice软件搭建仿真模型,仿真结果验证了该变换器在小功率应用下可实现开关管软开关性能。最后,设计了一个20 W的实验样机验证了所设计拓扑的准确性和有效性,结果表明该变换器较传统Si MOSFET器件具有更高的转换效率。     

一种新型零电压切换双向DC/DC变换器的设计与仿真

由于电动汽车电源变换器在行驶过程中,电机的调速范围很宽,加减速频繁,因此对电源变换器的动态响应速度,续航能力提出了更高的要求。但汽车电源存在低电压大电流、di/dt和du/dt较大、转换效率低和电磁干扰严重等问题。为此,设计一种新型的具有升压-降压功能的零电压转换双向DC-DC变换器。在传统的升降压变换器的基础上,通过增加两个辅助开关器件和一个LC谐振电路,构成一个H-软开关控制转换电路,产生的有源钳位电压加载到主开关两端,实现电路零电压转换。在Matlab环境下,对所提出的电路进行仿真,结果表明,所设计的电路能降低开关器件的导通损耗,提高电源的效率,并在6 kW双向升降压变换器样机上进行实验。     

ZVS移相全桥低压大电流开关电源的设计

设计制作了一款ZVS移相全桥变换器的低压大电流开关电源,详细阐述了部分电路的设计过程和参数计算,并通过抑制桥式变换器中超前/滞后桥臂功率管的高频谐振,降低主电路中上下桥臂的直通风险。最后设计制作的3kW（15V/200A）低压大电流电源验证了设计的可行性,给出了详细的实验结果,整机效率达90%以上,对电源开发者有一定的借鉴作用。     

基于0.18μm CMOS高压工艺的低压器件优化设计

产品设计时,是否能灵活应用低压器件与高压器件对一款成功的设计而言至关重要。设计一款多电源芯片,器件电压种类繁多,最高电源为±15 V,基于SMIC 0.18μm 40 V HV-LDMOS工艺,5 V低压器件版图采用优化设计,在±15 V电源下,在同一芯片上实现了电路的高低压转换,没有发生击穿漏电现象,并满足了各种器件的电特性指标,产品工作稳定、性能可靠,并且整体性能良好。     

低压直流供电电路中高压直流的产生

在由低压直流电源供电的电路中,往往电路的某些部位需要使用高于电源所供的电压,将电源所供的低压转换为较高的电压,常用的方法有3种:自举升压、电感升压、逆变升压。结合实际应用电路对各种升压方法从器件选择、升压原理、升压结果等诸方面进行分析、探讨,解决了总体供电电压不变时,局部高压产生的关键性问题。它对电子电器电路的设计人员有一定的启发作用,对优化电路、遴选器件有较强的参考价值。     

多路输出的PEMFC控制系统电源的研制

探讨一种用于PEMFC控制系统的多路输出DC/DC变换器,通过计算和仿真设计了主电路和控制电路的参数。根据所设计的电路参数,选择合适的主电路器件,控制电路采用基于DSP的全数字控制系统,研制出多路输出的PEMFC控制系统电源,并对研制的开关电源进行了性能测试,能够适应PEMFC发电机变化范围大的动态输出特性,满足控制系统的需求。     

GaN单片功率集成电路研究进展

GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)器件具有工作频率高、导通损耗小等优点,已经开始广泛应用在多种高频、高效功率转换器中,而拥有更高集成度的全GaN单片集成电路可进一步提高基于GaN HEMT器件功率变换器的性能.介绍了不同类型的全GaN集成工艺平台以及GaN功能子电路的研究进展,并对全GaN单片集成功率IC的研究现状进...     

高功率微波发射机调制器和电源电路设计

为使高功率发射机的行波管正常工作,设计了其调制器和电源电路.用双稳态触发电路和脉冲变压器组合构成了调制器电路,输出上升沿和下降沿陡峭、时间关系与同步触发脉冲一致的调制脉冲,加到行波管的控制栅极;采用串联型开关电源电路,产生了行波管正常工作所需的低压电源;利用脉冲变换器和高压变压器产生了行波管的高压电源;此外还设计了控制...     

富士通半导体明年计划量产氮化镓功率器件

<正>富士通半导体(上海)有限公司近日宣布采用其基于硅基板的氮化镓(GaN)功率器件的服务器电源单元成功实现2.5 kW的高输出功率,富士通半导体计划将于2013年下半年开始量产这些GaN功率器件。这些器件可广泛用于电源增值应用,对实现低碳社会做出重大贡献。与传统硅基功率器件相比,基于GaN的功率器件具有导通电阻低和能够进行高频操作等特性。而这些特性恰恰有利于提高电源单元转换效率,并使电源单元更加紧凑。富士通半导体计划在硅基板上进行GaN功率     

C波段大功率GaN HEMT内匹配器件

基于GaN微波功率器件工艺制作了大栅宽GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)管芯,通过负载牵引及建模技术提取了管芯的输入阻抗、输出阻抗.采用二项式多节阻抗匹配变换器实现了宽带功率分配器及合成器电路的制作,通过采用LC网络提升了管芯输入阻抗、输出阻抗,加入了稳定网络,实现了50 Ω阻抗匹配.采用高热导率金属陶瓷外壳,提高了器件散热能力.最终研制成功大功率GaN HEMT内匹配器件,器件采用四胞管芯功率合成技术,总栅宽为40 mm.测试结果表明,频率为4.5～4.8 GHz,脉宽300μs,占空比10％,工作电压VDSs为28 V,器件的输出功率大于120 W,功率附加效率大于50％,功率增益大于11 dB.     

电源与器件

简化电源设计的低压DC/DC变换器德州仪器公司的TPS5461×SWIFTDC/DC变换器内部采用几个12A的MOSFET开关,能在3.0V～6.0V输入电压范围内提供6A以上的连续输出电流。这些变换器集成有构成一种同步补偿电路的功率MOSFET,因而具有高达95％的效率。它们适合于为加载点DSP、FPGA和μC以及低压高密度配电系统供电。一个交互式开发     

宽输入电动汽车车载DC-DC电源研究

针对电动汽车车载DC-DC电源器件损耗高、稳定性差、效率低等问题,设计一种Boost变换器级联与半桥LLC变换器的车载DC-DC 电源。首先提出一种两级DC-DC变换器的主电路拓扑,结合输出功率与电压增益对其进行详细分析;其次采用基于数字信号处理器（DSP）的双环控制方式,引入母线电压可调,并给出参数设计过程,变换器最终能够满足宽输入范围要求,并使整个负载范围内的输出电压维持稳定;最后搭建实验样机,测试DC-DC电源在不同负载下的效率以及调压稳压性能。试验结果表明,该DC-DC电源能够满足宽范围输入电压,实现了宽范围的软开关,提高了整个负载范围内的传输效率。     

现代通信开关电源变换技术

由于优良的固态开关器件的出现和各种电路技术的发展,电源变换技术正在发生巨大的变化。出现了许多体积小、重量轻、性能良好的电源。本文将讨论变换器设计,特别是上千瓦的AC—DC变换器的一些重要问题。     

大功率GaN器件接地特性与稳定性研究

GaN器件的工艺和技术进步,将输出功率提高到数百瓦甚至数千瓦量级。但是,大功率GaN器件相应的使用规范和标准,如接地要求,在仿真设计和工程应用中一直没有明确。文章针对大功率GaN 器件的接地特性进行分析,通过仿真和试验验证了超大功率GaN 器件功放电路中,接地条件对电路自身稳定性的重要性。明确了大功率和超大功率GaN 器件的接地阻抗<1 mΩ 使用标准,同时对接地金属接触表面的长期可靠性做出要求。     

低压高速CMOS/SOI器件和电路的研制

采用全耗尽CMOS／SIMOX工艺成功地研制出了沟道长度为0．5μm的可在1．5V和3．0V电源电压下工作的SOI器件和环形振荡器电路．在1．5V和3．0V电源电压时环振的单级门延迟时间分别为840ps和390ps．与体硅器件相比，全耗尽CMOS／SIMOX电路在低压时的速度明显高于体硅器件，亚微米全耗尽CMOS／SOI技术是低压低功耗和超高速集成电路的理想选择．     

固体激光器预燃电路的分析与设计

设计和分析了一种固体激光器预燃电路,该电路能有效提高激光电源的电光转换效率,预燃电路采用高压与低压组合供电,电源为近恒流源,高压部分使灯处于稳定辉光放电状态,低压部分提供灯的维持电流,这种高低压电源组合使预燃电路的效率大大提高。