检索结果-南通市图书馆

作者：董舟南京航空航天大学

学位级别：硕士

提高开关频率是提高变换器功率密度的重要途径之一。目前开关频率MHz级的谐振功率变换系统已成为国际上小功率变换技术的研究热点。另外增强型氮化镓(enhancement Gallium Nitride,egan)高电子迁移率晶体管(High Electron Mobility Tran... 详细信息

提高开关频率是提高变换器功率密度的重要途径之一。目前开关频率MHz级的谐振功率变换系统已成为国际上小功率变换技术的研究热点。另外增强型氮化镓(enhancement Gallium Nitride,egan)高电子迁移率晶体管(High Electron Mobility Transistor,hemt)具有极小的性能系数,适合高频工作,但现阶段egan hemt在高频谐振变换器的应用仍存在很多挑战。本文针对MHz频率下,egan控制管实现ZVS前的高反向导通压降引起的高反向导通损耗,提出了多电平驱动,利用反向导通机制原理,增加门极中间电平来减小反向导通压降,降低损耗。同时也分析了使用egan hemt时,门极是否需要引入负压偏置的判断依据。所提控制管多电平驱动被应用在7 MHz的隔离E类谐振变换器中,输入电压24 V,输出5 V/10 W情况下,采用二极管整流,效率从使用传统驱动的72.7%提高到73.4%(提高了0.7%)。另外本文还分析了同步整流管驱动设计时,驱动芯片延时引起的反向导通和环流损耗问题,提出了补偿驱动芯片延时的同步整流驱动电路及其设计方法。将所提同步整流驱动电路应用到相同的功率级上,输入电压18 V,输出5 V/10 W下,效率从二极管整流的79.5%提高到84.7%(提高了5.2%),从采用不考虑驱动芯片延时的同步整流驱动电路时的79.9%提高到84.7%(提高了4.8%)。另外针对E类谐振变换器使用时序信号固定的传统驱动方式时,输入电压变化产生的驱动时序不匹配问题,本文提出了一种数字控制自适应驱动方式。首先建立变换器状态空间状态模型,预测不同输入电压下的理想驱动时序。将输入电压与时序关系存储在MCU中,在变换器工作时采样输入电压,并产生相应时序的驱动信号,从而保证不同输入电压下,控制管和同步整流管都能实现零电压开通并尽可能减小反向导通时间。所提驱动方式被应用在开关频率为30MHz、184 V输入、5 V/10 W输出的隔离E类谐振变换器中,在输入电压为18 V时,变换器效率可达80.0%,在输入电压为24 V时,将变换器效率从采用传统驱动方式的72.9%提高到75.1%(提高2.2%),且功率密度为现有产品的4倍。

关键词：甚高频 egan hemt 隔离型E类谐振变换器同步整流数字控制状态空间建模

基于egan hemt的1.5kW永磁同步电机驱动器研制

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基于eGaN HEMT的1.5kW永磁同步电机驱动器研制

作者：彭子和南京航空航天大学

学位级别：硕士

永磁同步电机应用范围广泛,随着科学技术的进步与发展,电动汽车、航空航天等领域对永磁同步电机驱动器提出了更高的要求。传统的Si基电机驱动器由于材料特性的限制,其性能已很难有较大的提升,而GaN器件相较于Si器件而言具有更低的导通... 详细信息

永磁同步电机应用范围广泛,随着科学技术的进步与发展,电动汽车、航空航天等领域对永磁同步电机驱动器提出了更高的要求。传统的Si基电机驱动器由于材料特性的限制,其性能已很难有较大的提升,而GaN器件相较于Si器件而言具有更低的导通电阻、更高的开关频率、更低的开关损耗等优势,因此基于GaN器件的永磁同步电机驱动器有望在效率、功率密度、动态性能等特性方面获得较大的提升。虽然GaN器件的特性优越,但是其较快的开关速度以及较为苛刻的栅源极工作要求,也对GaN器件的驱动电路以及GaN基电机驱动器设计提出了更大的挑战。本文首先从egan hemt的主要电气特性出发,从理论上分析了egan hemt驱动电路中驱动正压、驱动负压、开通驱动电阻和关断驱动电阻等主要参数对egan hemt开关特性和正反向导通特性的影响,并搭建双脉冲实验平台进行了验证。针对桥臂串扰问题,详细分析了桥臂串扰的机理,通过实验测试探讨了栅源电容、开通关断驱动电阻以及驱动负压对串扰电压的影响,对比评估了几种无源串扰抑制方法的缺陷,给出了改进型有源箝位抑制电路,并对辅助电容进行了优化取值。此外,对驱动电路共模噪声问题也进行了分析与解决。基于上述对驱动电路的研究,归纳得出了egan hemt驱动电路的设计流程及主要参数的优化设计方法。之后本文针对GaN基电机驱动器样机的软硬件设计进行了研究。从PCB优化设计和去耦电容选取两方面研究了三相逆变主功率电路中关断漏源电压尖峰抑制问题,从电流和转速位置信号采样和处理角度给出了信号采样调理电路的设计方法,介绍了GaN基电机驱动器软件的主要程序设计方法。搭建了1.5k W的GaN基电机驱动器样机并进行了实验测试,验证了其能够稳定可靠工作,进一步验证了上述设计方案的正确性和可行性。最后,本文对电机驱动器的死区补偿控制策略进行了研究。从理论角度讨论了逆变器非线性问题产生的原因以及影响因素,建立了逆变器输出误差电压的数学模型,基于此给出了传统和改进型时间补偿控制策略的实现方案。通过实验测试了死区时间和开关频率对相电流THD值的影响,并且验证了两种时间补偿控制策略的有效性。

关键词： egan hemt 永磁同步电机驱动器驱动电路设计死区补偿控制策略

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高频高功率密度GaN多路输出变换器

高频高功率密度GaN多路输出变换器

作者：胡栋栋南京航空航天大学

学位级别：硕士

随着科学技术的进步与发展,人类对太空的探索越来越深入,当前国家航空航天事业不断前进和发展,航天器在其中扮演着越来越举足轻重的角色,应用于航天卫星上的电子产品种类和数量越来越繁杂,不少用于通信和科研的星载设备都拥有不同的工... 详细信息

随着科学技术的进步与发展,人类对太空的探索越来越深入,当前国家航空航天事业不断前进和发展,航天器在其中扮演着越来越举足轻重的角色,应用于航天卫星上的电子产品种类和数量越来越繁杂,不少用于通信和科研的星载设备都拥有不同的工作电压范围。为高效快速而又稳定地解决星载平台多种设备的供电要求,多路输出变换器成为主要的设计和研究对象。目前国内外常见的卫星平台供电的直流母线电压等级主要为28V,主要用于负载功率小于2KW的情况,未来随着星载设备的升级进步,负载功率要求将进一步提升。因此未来卫星平台的直流母线电压将提升至100V。本文提出基于氮化镓器件的同步整流方案,考虑到氮化镓器件的栅源极电压要求比较高,一旦电压幅值高于6V,氮化镓器件极易损坏,因此和传统的MOSFET同步整流电路相比,氮化镓同步整流电路需增加额外的驱动芯片来实现稳定可靠驱动。同时本文还对多绕组平面变压器进行分析和优化,考虑到多绕组平面变压器的匝数和层数较多,需要找到最优的绕组排布结构,使其不仅能满足电路工作的需求,还能方便工艺制作,因此本文提出一种基于漏磁场能量筛选和有限元分析相结合的多绕组平面变压器的优化设计方法,先对磁芯窗口中漏磁场能量进行理论计算,筛选出漏磁场能量较小的绕组排布结构,然后在有限元分析软件Maxwell中对筛选出的结果进行建模仿真,找到漏感合适的绕组结构,并将其中能满足工艺制作要求的排布结构选出,从而得到合适的绕组排布结构。本文搭建开关频率为1MHz的对地有源箝位三路输出正激变换器,额定输入电压为100V,三路输出参数分别为5V/6A,±12V/0.83A,总输出功率为50W。多绕组平面变压器绕组的总层数为16层,样机历经两轮制作和优化,经过对样机测试,所提自驱氮化镓同步整流方案能够可靠稳定运行,变压器原边漏感占激磁电感的比值低至0.6%,对主变压器的分析和设计也被证明可行。在满载条件下,全输入电压范围内,第二轮多路输出样机的闭环效率均大于87.2%,比第一轮样机提升1.0%。另外,第二轮样机的功率密度为28.5 W/inch,第一轮样机的功率密度为22.7 W/inch,相比第一轮样机,第二轮样机的功率密度提升接近25%。

关键词： egan hemt 多路输出变换器同步整流有源箝位多绕组平面变压器

MHz GaN多路输出变换器共模噪声建模及抑制

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MHz GaN多路输出变换器共模噪声建模及抑制

作者：何炳慧南京航空航天大学

学位级别：硕士

随着系统集成度的不断提高,隔离的多路输出直流变换器技术广泛使用在商业,工业以及军事应用中。多路输出直流变换器通常用来将高压的母线电压转换成多个低电压,如±12 V,5V,3.3 V等。这样做的目的是给电子电路中需要传统电压的不同负载... 详细信息

随着系统集成度的不断提高,隔离的多路输出直流变换器技术广泛使用在商业,工业以及军事应用中。多路输出直流变换器通常用来将高压的母线电压转换成多个低电压,如±12 V,5V,3.3 V等。这样做的目的是给电子电路中需要传统电压的不同负载供电。为了保证整个系统在其电磁环境中正常工作,电磁干扰(electromagnetic interference,EMI)滤波器通常用来保证这些变换器达到相关的EMI标准。为了提高整个系统的功率密度,降低系统EMI噪声从而获得较小体积的EMI滤波器就显得尤为重要。差模EMI滤波器可以有效减少差模噪声。然而,与差模噪声相比,由于有安规电流的限制,共模EMI滤波器通常由小电容和大的共模电感组成,这将显著降低系统的功率密度。因此,研究多路输出变换器的共模噪声,寻求有效并且经济的噪声抑制技术,十分重要。多绕组变压器是多路输出直流变换器的关键部件。原边绕组,辅助绕组,和副边绕组通常绕于同一个磁芯上,用来实现电气隔离和电压变换。为了优化EMI滤波器,获得多绕组平面变压器的等效寄生电容从而进行共模噪声分析一直以来都是一项巨大的挑战。本文提出了耦合绕组的单电容模型,用来量化流过高频变压器的总的共模噪声电流。利用耦合绕组单电容模型,可以方便准确的计算变压器的等效集总匝间电容模型。本文为基于氮化镓器件的有源箝位自驱同步整流正激变换器构建了一个完整的共模噪声通路模型。提出了共模噪声消除电容,用以产生反向抽取电流从而抵消共模噪声电流。与其他方法相比,所提建模技术可以将多绕组平面变压器的等效集总匝间电容模型在其被制造前的PCB布局阶段构建出来。另外,本文还分析了变压器漏电感以及氮化镓器件对于共模噪声的影响。本文搭建1 MHz的三路输出正激变换器,额定输入电压为100 V,三路输出分别为5 V/6 A,±12 V/0.83 A,输出功率50 W。基于此变换器的实验结果验证了本文所提噪声建模与抑制技术。共模噪声频谱图预测准确,变换器共模噪声在9 MHz以下大约降低15 dB(降低了12.6%)。

关键词： egan hemt 多路输出变换器 EMI建模 EMI抑制共模多绕组平面变压器