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针对GaN器件的非对称双路同步谐振栅极驱动电路

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电工技术学报 2021年第20期36卷 4185-4193页

作者：高珊珊王懿杰刘怡宁徐殿国哈尔滨工业大学电气工程系哈尔滨150001

近年来,氮化镓(GaN)器件凭借其开关速度快、导通电阻小等优点被广泛应用于电力电子变换器中,与此同时,谐振栅极驱动电路也受到广泛的关注,特别是在高开关频率、小功率的应用场合中,用以降低驱动电路的损耗。然而,与硅器件不同的是,GaN... 详细信息

近年来,氮化镓(GaN)器件凭借其开关速度快、导通电阻小等优点被广泛应用于电力电子变换器中,与此同时,谐振栅极驱动电路也受到广泛的关注,特别是在高开关频率、小功率的应用场合中,用以降低驱动电路的损耗。然而,与硅器件不同的是,GaN器件的开通阈值电压相对较低,且没有体二极管,反向导通压降较大,因此传统的谐振栅极驱动电路不适使用GaN器件。该文针对高频应用场合中寄生参数易引起驱动信号振荡的问题,结合GaN器件特点,提出一种非对称电压的谐振栅极驱动电路。此外,对于需要两个同步开关的应用场合,如开关电感变换器等,采用具有两个二次侧的变压器实现两路隔离同相驱动信号的输出。该文介绍了谐振栅极驱动电路的工作原理,并以效率最优的原则设计电路参数,设计一台开关频率为1MHz的驱动电路样机,并进行实验验证,实验结果与理论分析结果吻合较好。

关键词：氮化镓谐振驱动电路谐振电感损耗分析

一种适用于高频Buck变换器的新型电流源驱动

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中国电机工程学报 2011年第9期31卷 36-42页

作者：张之梁徐东升胥鹏程南京航空航天大学教育部航空航天电源技术工程研究中心江苏省南京市210016 中航工业金城南京机电液压工程研究中心江苏省南京市210016

针对同步整流Buck变换器,提出一种新型MOSFET电流源驱动电路(current source driver,CSD)。该CSD能够用不同驱动电流驱动Buck变换器中两只MOSFET,从而实现最优化设计。对于控制管,最优化设计为开关损耗和驱动电路损耗之间的平衡;对于同... 详细信息

针对同步整流Buck变换器,提出一种新型MOSFET电流源驱动电路(current source driver,CSD)。该CSD能够用不同驱动电流驱动Buck变换器中两只MOSFET,从而实现最优化设计。对于控制管,最优化设计为开关损耗和驱动电路损耗之间的平衡;对于同步整流管,最优化设计为驱动损耗与体二极管损耗之间的平衡。还提出基于磁集成技术的改进型CSD,以减少磁芯数目和磁芯损耗。详细分析该CSD电路工作原理,讨论最优化设计,并给出实验结果。

关键词：电流源驱动谐振驱动电路功率场效应晶体管

基于SEPIC电路的高频高升压比DC/DC变换器研究

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基于SEPIC电路的高频高升压比DC/DC变换器研究

作者：刘怡宁哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着近年来开关电源逐渐向小型化、高频化、高功率密度的方向发展,基于氮化镓和碳化硅等宽禁带半导体材料的功率开关器件因其导通电阻低、高频性能好等优势得到了越来越多的应用。本文中使用氮化镓器件,提出了一种基于单端初级电感式拓... 详细信息

随着近年来开关电源逐渐向小型化、高频化、高功率密度的方向发展,基于氮化镓和碳化硅等宽禁带半导体材料的功率开关器件因其导通电阻低、高频性能好等优势得到了越来越多的应用。本文中使用氮化镓器件,提出了一种基于单端初级电感式拓扑结构的升压变换器,并实现了开关管的软开通,更加适合高频下的应用。通过使用平面磁性元件和谐振驱动电路,进一步提升了系统工作效率。本课题提出的变换器在传统单端初级电感式转换器结构的基础上增加了两个升压单元,因而具有更高的电压增益,同时降低了器件电压应力。此外,还引入谐振环节,使得与开关管并联的电容能够和电路中电感谐振,使开关管漏源极电压在驱动信号到来前降至零,从而实现了软开通。本文中详细介绍了参数的设计方法以及固定参数下宽输入/输出电压调节范围内实现零电压开通的条件。开关频率的提升降低了系统中磁性元件的感值,因此可以将绕组集成在印制电路板上,并使用平面结构的磁芯,从而有效降低变换器体积。本文中还设计和比较了两种磁集成的方案,进一步对系统结构和磁性元件损耗进行优化,提升了系统的功率密度。为增强高频下开关管门极驱动的可靠性并降低驱动损耗,本文中设计采用了隔离型谐振驱动电路,通过谐振电感与开关管门极寄生电容谐振充放电加速开关。使用变压器实现隔离与双路同步信号的输出:其中原边采用桥式结构;针对氮化镓器件的特性,副边增加了电平移位电路,输出的驱动电平能够使开关管工作在最佳性能状态下。最后分析了驱动电路的损耗,提出参数的进一步优化方向。本文中采用广义状态空间平均的建模方法,建立了变换器的小信号模型,并根据绘制的伯德图设计补偿环节,改善了系统的动态性能。针对变换器软开关的实现条件设计了数字控制方案,通过脉冲宽度调制和脉冲频率调制混合控制的方式,在保障系统软开关特性的前提下实现了负载调节范围内的恒流输出。本课题通过设计并搭建一台36W额定输出的实验样机实现了对以上理论研究的验证。额定状态下,该变换器在能够实现12V～120V的电压变换,输出电流为300m A,工作频率为1MHz。实验测得波形和结果与理论、仿真分析相一致,验证了文章所述内容的正确性,系统满载下的效率可以达到91.6%。

关键词： SEPIC变换器高电压增益软开关 GaN器件谐振驱动电路

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一种断续电流模式的新型高频电流源驱动电路

中国电机工程学报 2011年第18期31卷 7-13页

作者：张之梁李艳楠徐传岗江苏省新能源发电与电能变换重点实验室(南京航空航天大学) 江苏省南京市210016 中国电子科技集团公司第二十八研究所江苏省南京市210017

随着高频功率变换器开关频率不断提高,其功率器件MOSFET频率相关损耗都大幅增加,特别是开关损耗和驱动损耗。为减小上述损耗,电流源驱动方式被提出。提出一种新型断续电流模式的电流源驱动(current source driver,CSD)电路。相比连续电... 详细信息

随着高频功率变换器开关频率不断提高,其功率器件MOSFET频率相关损耗都大幅增加,特别是开关损耗和驱动损耗。为减小上述损耗,电流源驱动方式被提出。提出一种新型断续电流模式的电流源驱动(current source driver,CSD)电路。相比连续电感电流CSD电路,其最重要的优点是:电流源电感值大为减小(1 MHz开关频率时一般为20 nH,减小约90%)。所提CSD电路具有开关速度快、开关损耗小的优点,同时,通过电流源电感可以回收高频驱动能量。由于所提电路工作在电流断续模式,因此其环流损耗小,且占空比和开关频率变化范围宽。详细分析其工作原理,讨论最优设计,并给出实验结果。

关键词：电流源驱动谐振驱动电路功率场效应晶体管电压调整模块

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基于谐振驱动的高频LLC变换器的研究

基于谐振驱动的高频LLC变换器的研究

作者：王希然燕山大学

学位级别：硕士

半导体技术、微电子技术的飞速发展和广泛应用,为功率变换器向高频化、小型化、高功率密度发展提供了技术上的支持。LLC谐振变换器由于其损耗小、效率高、功率密度高的优势,在通信电源、照明、AC-DC等领域被广泛应用。然而,在工作频率（... 详细信息

半导体技术、微电子技术的飞速发展和广泛应用,为功率变换器向高频化、小型化、高功率密度发展提供了技术上的支持。LLC谐振变换器由于其损耗小、效率高、功率密度高的优势,在通信电源、照明、AC-DC等领域被广泛应用。然而,在工作频率（＞1MHz）提高的同时,传统电压源型驱动电路（Voltage Source Driver,VSD）的驱动损耗和开关损耗也会成正比加大,从而限制了LLC变换器效率地提高。因此,为了解决该问题,一种新型驱动技术——谐振型门极驱动技术被提出。谐振驱动技术利用电感电容相互传递能量的原理,回收利用被驱动功率场效应管输入寄生电容中储存的驱动能量,进而减小能量的损耗。本论文首先介绍了谐振驱动技术的研究背景与国内外研究现状,并将现有的谐振驱动电路以其谐振电流的形状分为正弦电流谐振驱动电路（Resonant Gate Driver,RGD）和电流源型谐振驱动电路（Current Source Driver,CSD）,且CSD电路又可以分为谐振电感电流连续型CSD和谐振电感电流断续型CSD。其次,本文针对RGD驱动电路和CSD驱动电路分别进行了研究,详细分析了这两种谐振驱动电路的工作原理、各部分损耗及其计算方法。同时,为了优化谐振驱动电路,综合考虑了谐振驱动电路的驱动损耗、功率MOSFET的开关损耗和体二极管导通损耗之间的关系,对谐振电感进行了优化设计。另外,根据优化后的谐振电感,求得两种谐振驱动电路的驱动损耗,对比分析了这两种谐振驱动电路与VSD电路的损耗。最后,为了验证理论分析的正确性,本文以同步整流LLC拓扑为主电路,设计制作了原理样机,完成了实验调试,并给出了实验结果和详细分析。

关键词：高频开关电源 LLC变换器电压源型驱动电路谐振驱动电路驱动损耗

基于LCC的超声波电机驱动电路理论分析与实验研究

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电工电能新技术 2014年第7期33卷 38-42,66页

作者：傅平闽江学院物理学与电子信息工程系福建福州350121

对使用基于LCC超声波电机的驱动电路进行了初步探讨。文中首先描述超声波电机的单相等效电路;接着描述基于LCC的超声波电机驱动电路的基本原理,并由此得到驱动电路的数学模型。由于超声波电机运转时等效电路参数会发生变化,而参数的变... 详细信息

对使用基于LCC超声波电机的驱动电路进行了初步探讨。文中首先描述超声波电机的单相等效电路;接着描述基于LCC的超声波电机驱动电路的基本原理,并由此得到驱动电路的数学模型。由于超声波电机运转时等效电路参数会发生变化,而参数的变化对电机动态性能(特别是品质因数)的影响较大。当使用基于LCC的驱动电路在其几何谐振频率附近工作时,可以有效克服由品质因数变化引起的输入电压幅值和相位的变化。最后仿真和实验证明此电路的有效性。

关键词： LCC 谐振驱动电路超声波电机

10MHz隔离型同步整流Class Φ2 DC-DC变换器

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10MHz隔离型同步整流Class Φ2 DC-DC变换器

作者：周嫄南京航空航天大学

学位级别：硕士

随着电源设备的小型化和集成化趋势,现代电力电子要求功率变换器具有高功率密度、高效率和快速的动态响应。提高变换器的开关频率能够有效减少电感和电容等被动元件的储能要求,提升电路动态响应速度,减小变换器体积和重量,提高变换器的... 详细信息

随着电源设备的小型化和集成化趋势,现代电力电子要求功率变换器具有高功率密度、高效率和快速的动态响应。提高变换器的开关频率能够有效减少电感和电容等被动元件的储能要求,提升电路动态响应速度,减小变换器体积和重量,提高变换器的功率密度。目前开关频率达到数十MHz的高频谐振功率变换系统已成为国际上小功率变换器的研究热点。但是现阶段的研究大多集中于非隔离、小电流应用场合的电路拓扑,限制了高频谐振变换器的应用范围,因此本文开展了对隔离型、低压大电流的高频谐振变换器的研究。本文的研究内容为10 MHz高频隔离型同步整流ClassΦ DC-DC谐振变换器。整流单元是高频谐振变换器中的重要部分,但由于二极管的正向恢复,二极管整流在高频工作时会产生很大的导通损耗。因此为了提高大电流场合的变换效率,本文将同步整流技术引入高频变换器中,并针对同步整流驱动提出了一种新型的抬压自驱谐振驱动电路(Resonant Gate Drive,RGD)。所提RGD在传统自驱RGD的基础上引入一级串联抬压电路,通过产生的直流偏置电压提高驱动电压峰值,延长MOSFET以最小通态电阻导通的时间,从而降低开关管的平均通态电阻及导通损耗。同时,通过调节直流偏置电压,所提RGD为同步整流管提供了精确的驱动时序,使开关管实现零电压开通和零电流关断,并使体二极管的导通时间降到最低。此外,为了配合高频谐振电路的ON-OFF滞环控制,在所提RGD中加入一级由关断支路和辅助开关管构成的控制单元,阻断了驱动电路中的环流,使驱动电压在变换器闭环工作时能够迅速建立和下拉,保证变换器的动态响应速度和闭环效率。为了验证高频隔离型ClassΦ谐振变换器和所提同步整流驱动电路的工作原理,搭建了一台开关频率为10 MHz、18 V输入、5 V/2 A输出的样机,并进行了实验调试。实验结果与理论分析和仿真结果一致,验证了所提电路的可行性。为了验证所提RGD能够减小同步整流损耗的作用,搭建了另外两台分别采用二极管整流和传统自驱RGD同步整流的样机。实验结果表明,采用所提抬压自驱RGD的同步整流在全负载范围内都能够有效提高变换器的效率。在18 V额定输入、2 A满载条件下,采用所提RGD的同步整流效率达到82%,比采用传统RGD的同步整流(80.2%)高出1.8%,比二极管整流(77.3%)高出4.7%。

关键词：高频谐振驱动电路抬压自驱动隔离型ClassΦ2谐振变换器同步整流滞环控制