GaN HEMT死区时间的优化设置

目前氮化镓(GaN)高电子迁移率晶体管(HEMT)受到了广泛的关注和应用,然而GaN HEMT在反向导通状态时存在较大的压降,死区时间引起的反向导通损耗会显著地影响变换器的效率,合理地设置死区时间具有重要意义。首先详细分析了死区时间内GaN HEMT的开关过程,得到了避免GaN HEMT反向导通过程死区时间的取值条件。然后,根据不同负载电流条件下死区时间的取值进行分析,提出了一种优化的死区时间设置方法。最后搭建了基于GaN HEMT的同步Buck变换器的样机,证明了死区时间设置方法的合理性。     

基于GaN HEMT同步整流Buck变换器研究

分析了基于氮化镓(GaN)高电子迁移率晶体管(HEMT)同步整流Buck变换器的各部分损耗,并推导出主要损耗的计算公式。针对GaN同步整流管的反向导通特性,分析了死区时间形成过程,设计死区时间调节电路。设计制作基于GaN HEMT和Si MOSFET 10~20V输入、5 V输出、6A最大负载电流及1 MHz开关频率的变换器样机。测试结果表明,在18 V输入时GaN变换器的最高效率为93.9%,比Si变换器约高3%;GaN变换器最优死区时间为5 ns,变换器效率随着死区时间增加而下降。     

一种脉冲式死区补偿方法的研究

死区效应广泛存在于电力电子开关器件控制中,死区时间的存在不仅影响了输出电压的准确度和输出电流的谐波特性,在有些系统中还会导致系统出现不稳定的状况。该文针对逆变器的死区效应进行详细分析,综合考虑开关管的死区时间、开关延时、通断损耗等问题对输出电压和电流的影响,提出一种脉冲式的死区补偿方法。不同于传统意义上的死区补偿方案,该补偿方法针对每个开关周期内的实际作用脉冲进行精确补偿。尤其在低速区域,在保证输出电压准确性的同时可降低输出电流谐波。最后,利用300kW大功率对拖电机平台进行验证,仿真和实验结果都证明了该补偿方案的可行性。     

一种基于双向反激DC/DC变换器的逆变拓扑

提出一种基于双向反激DC/DC变换器的逆变拓扑电路,介绍了电路的工作原理和控制原理,给出了优化的控制方案和主要参数设计,并进行了实验验证.解决了半桥双向电流源高频链逆变器2个桥臂电容电压不平衡的问题及推挽式双向电流源高频链逆变器需要另外设置抑制电压尖峰电路的问题.在反激逆变器工作在电感电流连续模式的基础上,引入了同步整流控制策略,同时实现了零电压开通,有效地减少了整流管的通态损耗及开关损耗.电路结构简单,运行可靠;具有良好的稳态和动态特性,负载适应性好,具有四象限运行的能力.     

死区对电压型逆变器输出误差的影响及其补偿

针对电压型逆变器的死区效应,分析了死区对逆变器输出电压谐波和电流的影响,提出一种基于功率导通时间实时检测的死区补偿和电机相电压检测方法.为避免电流过零点的直接检测或间接预估,设计硬件电路直接检测功率管的导通时间,得到逆变器的实际死区时间,并在软件中进行补偿,同时得到电机实际的相电压.采用该方法得到的死区时间反映了开关器件导通和关断时间受结温和导通电流影响的特性,最后对上述方法进行了实验验证.     

GaN功率开关器件驱动技术的研究与发展

以Si材料为基础的传统电力电子功率器件已逐步逼近其理论极限,难以满足电力电子技术高频化和高功率密度化的发展需求。与传统的Si器件相比,氮化镓(GaN)器件展现了其在导通电阻和栅极电荷上的优势,可使功率转换器实现更小体积、更高频率及更高效率,从而在汽车、通信、工业等领域中具有广阔的应用前景。然而,缺乏高速GaN栅极驱动是目前GaN功率转换器未能大力推广的主要原因之一。详细研究了增强型GaN功率器件驱动电路设计的各种问题,如效率、损耗、延迟时间、栅极振荡、自举电压上升、抗电压变化率干扰、死区时间、反向导通损耗及寄生效应等,并综述了针对上述问题的相应解决方法及优缺点,最后讨论了GaN栅极驱动的未来发展趋势。     

一种新颖的混合空间矢量控制方法

传统SVPWM控制方式存在死区时间，使系统输出电压能力降低，出现相位偏差、波形畸变等现象。针对传统SVPWM死区问题对电机运行、调速性能的影响，通过采用p导通型与2p/3导通型相结合的方式，提出一种新型SVPWM控制方法。利用12个有效电压空间矢量合成，输出等幅旋转电压空间矢量，从而有效避免或减弱死区效应的影响，无需要再设置死区时间，有效地避免了上、下桥臂的直通短路现象，提高被控电机的调速性能。理论分析和实验验证该方法的有效性。     

基于GaN-HEMT器件的双有源桥DC-DC变换器的软开关分析

对运用双有源桥DC-DC变换器(DAB)的软开关电路进行了建模,并依据此模型,对运用不同开关管的DAB软开关范围进行对比。首先,介绍传统移相控制下的DAB的工作原理,推导辅助电感的电流值。然后,对DAB的左右全桥的开关管进行了软开通电路建模。通过对MOSFET和GaN-HEMT两种开关管的输出电容进行数值拟合,对比二者在不同工作状况下的开通过程,发现运用GaN-HEMT能够扩大软开关范围。之后,根据GaN器件结构的特点,对不同死区时间下的电流尖峰和电路损耗进行对比。最后,基于Pspice仿真软件得到了不同条件下软开关的电感电流和寄生电容电压波形,分析了变换器的功率特性,并搭建GaN-HEMT实验平台进行了实验验证。     

基于自适应陷波器的永磁牵引电机死区补偿方法研究

在列车牵引逆变器中,为了防止上、下开关管同时导通,通常会在导通时间中加入死区时间。这会使牵引电机产生5、7次电流谐波。显然,研究如何抑制该谐波是非常有必要的。首先分析了死区时间引起的5、7次电流谐波;然后采用自适应陷波器提取电流中的谐波分量,来补偿死区时间并进行稳定性分析;最后在MATLAB/Simulink仿真平台上研究所提方法的有效性。     

低电压大功率直流电机驱动器

采用IRF3808场效应管作为功率输出器件,基于直流电机的H桥脉宽调制（PWM）控制原理,设计了一款专门针对低电压大功率直流电机的电机驱动器。该驱动器提供死区时间生成逻辑,仅需一路PWM输入信号便可实现电机的正、反转及调速控制。试验测试表明,该驱动器具有工作电压低,输出功率大的特点,且其四个桥臂通过死区生成电路可共享一个PWM输入信号,从而能够简化驱动软件的设计。     

精密微动平面电机线性功率驱动器设计与实现

针对精密微动平面电机电流驱动特点及其功率驱动器高线性度要求,提出了一种高线性的功率驱动器电路设计。该电路采用电流负反馈技术实现电流稳定输出,采用线性大功率单片集成运算放大器OPA541作为功率输出器件,并通过可编程增益运放PGA205实现驱动器增益在线调整。试验结果表明,该功率驱动器最大非线性误差为0.86%,响应频率大于5kHz,满足通常平面电机高线性度和频响要求,为电流输出稳定性等性能的深入研究和系统完善奠定了基础。     

逆变桥无死区控制技术研究

分析了逆变器的死区效应,给出了桥式逆变器无死区控制方案。根据电流极性将桥臂等效为2个开关单元,无需设置死区时间。采用桥臂反并联二极管导通方法检测桥臂输出电流方向,无需电流传感器,降低了成本。采用简单的模拟电路设计了无死区控制的逻辑电路,以半桥逆变器为例进行了实验研究。实验结果表明,该控制方案可以明显改善逆变器的输出波形,提高直流电压利用率,开关管驱动信号只在半个基波周期内有效,开关损耗显著降低,有很好的实用价值。     

新型交错并联反激变换器的研究

长久以来,单端反激变换器以其简单的电路拓扑应用于小功率场合,但其输入电流脉动大及开关管电压尖峰高的缺点限制了它的输出功率。本文提出一种新颖的交错并联反激变换器,交错的结构和箝位电容的引入使该变换器克服了传统的单端反激变换器的缺点,具有电路拓扑简单,元器件少,开关管关断电压尖峰小,输出功率较大,输入、输出电流脉动小,可靠性高等特点。文中详细分析了该变换器的工作原理,并给出了电路主要参数的选取依据。最后通过实验验证了理论分析的正确性。     

一种谐振电感复用型的定频PWM单向谐振变换器

提出一种谐振电感复用型的定频PWM单向谐振变换器。该变换器对谐振电感增加二次绕组与整流二极管,构成输出串联的反激辅助电路,当谐振结束时,通过控制辅助管使谐振电感切换至反激复用模态,实现输出电压的调节。与传统单向谐振变换器相比,该拓扑采用定频PWM控制,因此全输入范围内实现零电压开通与零电流关断,同时可增大励磁电感减小导通损耗,也简化了谐振参数与磁元件的设计,另外钳位电容有效抑制了漏感引起的电压尖峰振荡。详细分析电路拓扑结构、控制方法及工作原理,并推导计算占空比调压关系。在上述理论分析的基础上,通过原理样机(41~53V输入,24V/2A输出)获得的数据结果验证了理论分析的正确性。     

一种永磁同步电机矢量控制SVPWM死区效应在线补偿方法

在电压源型逆变器驱动的永磁同步电机系统中,开关器件的死区效应会导致电机电流畸变,电机转矩波动和额外功率损耗。该文详细分析由死区效应所引起的开关管导通时间误差和电机相电压的误差,并结合永磁同步电机d轴电流给定为零的矢量控制算法,提出基于q轴电流误差的死区时间在线补偿算法,所提算法无需电机和逆变器的精确模型,且未增加硬件电路。此外,将dq旋转坐标系下的参考电流变换到三相静止坐标系,利用参考电流可准确判定电流方向,解决了电流过零点附近方向不易判断的问题。最后,对传统死区补偿算法与所提出的在线补偿算法进行对比实验研究,实验结果验证了所提死区补偿策略能够较好地解决死区效应所引起的电流畸变问题。     

分布式组合Buck LED驱动电路及其定纹波控制策略

为了解决传统滞环电流控制存在负载调整能力差、输出电流范围窄等问题，基于三路组合DC-DC Buck驱动电路，提出一种定纹波控制策略，并结合第三代半导体GaN开关器件，提高变换器功率密度和效率。分析了三路组合Buck驱动电路的工作特性及其定纹波控制策略，对驱动电路工作于连续导通模式(CCM)和断续导通模式(DCM)进行统一数学建模，推导小信号模型和相应控制方程，进行电路关键参数设计。最后，搭建一台1.8 kW分布式三路组合Buck实验样机与一台采用GaN开关器件的单路Buck驱动器。仿真和实验结果表明，输出功率600 W时，样机最高效率可达99.54%;电路能自适应调节开关管导通和关断时间，提高系统的动态性能；电路工作在CCM和DCM两种模式，实现了10%～100%宽范围调光和电感电流定纹波控制；通过直接控制电感电流平均值，提高恒流调光精度，恒流调光精度小于1%。     

自适应导通时间降压电路的虚拟ESR环路设计

由于陶瓷电容极小的ESR的原因,自适应导通时间降压电路在输出全陶瓷电容的情况下,输出电压无法提供足够的同电感电流相位的纹波电压做反馈使用,只能靠虚拟ESR电路提供足够的纹波来做反馈使用,并保证电路的正确工作。本文介绍了一种虚拟ESR电路的设计方式。     

电容钳位零电压开关同步整流反激变流器

为进一步提高反激变流器的效率,提出了一种新型同步整流输出的反激变流器及其控制方法。利用同步整流管的双向导通特性,通过在反激变流器一次侧开关管源漏极之间并联吸收电容,实现漏感能量的无损吸收,同时实现了一次侧开关管的零电压开通及零电压关断,降低反激变流器的开关损耗以及吸收电路损耗,并在整个负载范围内取得高的转换效率。据此制作了一台64W的样机,验证了方案的有效性。     

三相软开关PWM逆变器载波方式的选择

详细阐述不同载波方式对PWM逆变器输出特性的影响。指出三角载波用于硬开关PWM逆变器时 ,由于死区时间的影响 ,其输出电压电流在基波频域中含有谐波成分 ;软开关PWM逆变器如果也采用三角载波 ,则不但难以控制谐振电路的起振时间 ,而且谐振电路损耗大 ,直流电压的利用率低 ;硬开关PWM逆变器采用锯齿载波调制 ,必将导致严重的电流波形失真 ;软开关PWM逆变器交替使用正负斜率锯齿载波 ,不但谐振电路的起振时间容易控制 ,而且不会导致由死区时间引起的输出电压电流波形的失真     

基于死区补偿的电机低速运行稳定性研究

电机低速运行时,死区效应可能导致电流波形畸变严重,使电机转矩发生脉动。本文提出一种新型PWM控制死区补偿方法,该控制算法通过坐标变换、定标的方式将合成电流空间矢量与定子旋转磁场同步,根据电流空间矢量在旋转磁场中的位置分别对逆变器三相桥臂的导通时间进行补偿,其补偿时间的大小根据相应的电流的大小决定,确保扰动电压矢量同电流矢量旋转同步。Matlab仿真及实验结果表明该方法具有良好的性能和应用价值。