基于GaN器件的Boost电路软开关方法研究

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随着现代通讯设备和数据中心对效率和功率密度的要求越来越高,传统S1器件已不能满足其需求。GaN材料有着宽禁带、高电子迁移率、高耐压、高热导率等特性,使得GaN器件具有栅极电荷少、导通电阻小、寄生电容小等优越特性,有助于加快开关速度、提高电路工作频率,实现更高效率和更高功率密度的电路,并且减小无源元件体积,降低电路成本。目前关于GaN器件电路应用方面的研究多数集中在临界模式软开关电路,面对连续模式软开关电路研究甚少。所以在本文中,对GaN器件在连续模式软开关电路中的工作情况进行了实验分析,并与临界模式软开关电路进行对比,以探究在高频情况下最适合GaN器件的工作模式。  本文重点分析了一种连续模式箝位型软开关Boost电路。此电路在传统Boost电路的基础上增加了箝位回路,主管和辅管采用互补型控制,利用谐振电感的续流实现主管的ZVS;利用主电感电流实现辅管ZVS。箝位电容电压加在谐振电感上进行充放电,并增加箝位二极管消除电压震荡,减少循环能量损耗。上述拓扑和控制方式可以同时实现主管和辅管的软开关,适用于高频工作。本文分析了该拓扑的工作模态,给出了关键参数的设计流程,搭建了实验样机用于验证理论分析。最后将该电路和临界模式软开关Boost电路进行了对比,分析高频工作下损耗分布的差别,明确了适合现有GaN器件的软开关形式。  在连续模式软开关电路中,辅管驱动供电采用自举电路实现。随着负载的变化,自举电吞电压会出现不同程度的抬升,导致辅管驱动电压过高,造成额外损耗,严重的甚至会超过驱动电压上限而损坏器件。论文分析了电容电压抬升的原因,并加入稳压电路有效的抑制了这一现象。
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