便携式充电CRM图腾柱功率因数校正过零检测延迟与交错相位误差补偿控制

图腾柱功率因数校正(PFC)被广泛应用于电动汽车充电机以提高充电效率。该文提出考虑零电压开通(ZVS)裕度和轻载频率限制的全范围ZVS控制模型,全电压范围内实现完全ZVS开通。分析了电流过零检测(ZCD)延迟对输入电流总谐波畸变率(THD)的影响,提出基于在线时间计算模型的ZCD延迟补偿方法,满载电流THD降低1.4%。针对两相交错相位误差,提出考虑开关周期变化量的相位误差补偿方法,提高交错精度,满载THD进一步降低0.5%。最后,搭建了一台3kW便携式充电机,验证所提控制策略的有效性,充电机前级图腾柱PFC最高效率为98.8%,整机最高充电效率为96.6%,满载THD为2.4%,相比补偿前降低1.9%。     

1 kV SiC LLC变换器参数设计与效率优化

系留无人机因其续航时间长、有效载荷大而得到广泛应用。LLC变换器因其易于实现软开关,十分适合系留无人机机载电源这一高输入电压(>1 kV),中大功率应用场合。而传统设计方法仅考虑增益要求,高压输入、中大功率场合下,变压器激磁电感稍有偏小,就会使谐振腔电流增加,导致初级开关器件导通损耗及磁件铜损增加,严重降低变换器效率,增加系统温升,降低可靠性。在此分析效率与谐振参数间定量关系,提出一种LLC拓扑谐振参数优化方法。搭建了一台1 kV,6.6 kW的碳化硅(SiC)LLC原理样机,采用所提设计方法完成参数优化,验证效率提升效果。满载下效率提升约0.3%,对应损耗减少19.94 W;烤机30 min,变压器绕组温度降低17.32%,谐振电感绕组温度降低6.83%,验证了所提设计方法的有效性。     

宽禁带器件在1kV高频直流谐振变换器中的应用与对比

与传统硅Si(silicon)功率器件相比,第3代宽禁带功率半导体器件,如碳化硅SiC(silicon carbide)和氮化镓GaN(gallium nitride)功率器件,由于具有高功率密度、耐高温和抗辐照等特点,得到了越来越广泛的应用。分析了基于SiC和GaN的2种1 kV输入、32 V/3 kW输出的LLC谐振变换器,通过仿真和实验探究了变压器匝间电容对谐振电流的影响;并采取分离谐振腔、改变变压器绕组结构的方法,减小谐振电流的畸变,保证了开关管ZVS的实现。由于大匝比变压器难以平面化,2种变换器均采用原边串联、副边并联的矩阵变压器,实现自动均压、均流,降低电压和电流应力,提高功率密度和热稳定性。为了进一步提高效率,GaN LLC变换器副边采用同步整流。最后,本文从拓扑、损耗、整机尺寸、可靠性以及功率密度等方面对比分析了这2种变换器的优缺点,为器件的选择提供了参考依据。     

GaN超高频谐振反激变换器

同等电压应力下的GaN器件相比Si器件具有更低的导通电阻（On-resistance, Rds(on)）及门极充电电荷（Qg）,能够大幅降低驱动和开关损耗,有利于提高变换器效率及功率密度。在低压小功率场合的超高频（Very High Frequency, VHF）谐振反激变换器中,本文提出了一种集成空芯变压器,大幅减小了印制电路板（Printed Circuit Board, PCB）面积,提高了功率密度。同时通过有限元分析（FEA）设计样机结构,确保变压器磁场不会影响其他器件。应用该方案搭建了三台5 V输入、 5 V/ 2 W输出的超高频谐振反激变换器,分别为20-MHz Si方案、30-MHz GaN方案和50-MHz GaN方案。其中,50-MHz GaN方案样机实现了39.4 W/in3的功率密度,相比20-MHz Si方案提升41%。同时,在效率接近的前提下,三台变换器的高度都仅有商用产品的一半。