【摘 要】
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图腾柱功率因数校正（Power Factor Correction,PFC）整流电路具有拓扑结构简单、效率高等优点在服务器电源、数据库中心以及开关电源等领域中被广泛研究。相较于Si器件,GaN器件具有更高的开关速度、更小的栅极电荷与输出电容。本文针对基于GaN器件的图腾柱PFC电路进行高频高效率变换实现研究。本文首先分析了GaN器件的开关过程、反向导通特性和损耗、建立了输出电容模型,为之后的电路分
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图腾柱功率因数校正（Power Factor Correction,PFC）整流电路具有拓扑结构简单、效率高等优点在服务器电源、数据库中心以及开关电源等领域中被广泛研究。相较于Si器件,GaN器件具有更高的开关速度、更小的栅极电荷与输出电容。本文针对基于GaN器件的图腾柱PFC电路进行高频高效率变换实现研究。本文首先分析了GaN器件的开关过程、反向导通特性和损耗、建立了输出电容模型,为之后的电路分析奠定了基础。为了抑制高频振荡对栅极驱动电压的影响,从理论上分析了栅极驱动电路寄生参数的影响,并结合驱动电路、PCB布局和散热进行了优化设计,确保了电路的安全运行。其次,基于GaN器件的图腾柱PFC电路随开关频率的升高,GaN器件的开关损耗显著增加,因此实现GaN器件的软开关对于变换器效率的提升至关重要。分析了图腾柱PFC电路实现软开关的开关过程,给出了软开关条件,并进行了死区时间与开关频率特性分析;基于此提出了一种变频自适应死区时间的软开关控制策略,分析了该控制策略;对图腾柱PFC电路的关键技术锁相环以及关键问题电感电流过零尖峰进行了分析。然后,为了进一步提高所提控制方案的准确性,分析了控制方案准确度的影响因素并给出了相应的优化方案。在理论分析阶段,随着频率升高,死区时间对于驱动的影响显著增加,分析了死区时间对于占空比的影响,并给出了优化方案;此外在实际实验中,电感值会影响控制的准确度,而电感值受到频率与温度的影响,分析测试了频率与温度对电感值的影响,并给出了电感磁芯选择时的建议来减小影响。最后,通过仿真和实验进行验证,对GaN器件的特性以及驱动性能、死区时间优化方案、锁相环、变换器在满载以及轻载下的软开关特性、动态调节特性等进行测试并对实验结果进行了分析,验证了本文所提控制方案的正确性。
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