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开关电源作为电力电子设备中不可或缺的组成部分,随着科技的飞速发展在不断改进优化。高效、可靠、低损耗和高功率密度始终是开关电源的不断追求。而功率半导体器件广泛用于电力电子领域和功率变换器中,如DC/DC变换器,整流器,逆变器,变频器等。功率半导体器件的性能直接影响着变换器电能转换的效率与质量。因此对于功率半导体器件的要求也越来越高,轻、薄、小、低耗能等已成为其发展的必然趋势。氮化镓(Gallium Nitride,Ga N)作为第三代半导体材料,和传统的硅(Silicon,Si)材料相比具有更大的禁带宽度、更高的击穿电场强度和更高的电子饱和漂移速度等优点。因此,氮化镓材料在高温、高频、中高压等场合具有广阔的应用前景。增强型氮化镓晶体管(Gallium Nitride High Electron Mobility Transistor,Ga N HEMT)作为新型功率半导体器件,由于材料与结构的独特性,开关速度可达硅MOSFET的十倍以上,同时极大程度地降低了开关损耗及导通损耗。开关频率的增加可有效减小储能元件及磁性元件的体积,从而有益于提升电源的功率密度,因此氮化镓晶体管适用于对功率密度有较高要求的场合。在现阶段,由于工艺成熟的氮化镓器件最高电压等级约为600V左右,因此在高压场合的应用需求下,仍然需选择多电平结构的变换器以降低器件的开关应力。需要指出的是,当应用场合中电压变化范围过宽时,则需要在设计过程中同时考虑具有宽范围调压能力的拓扑实现方案。本文第一章首先阐述了氮化镓器件以及宽范围变换器拓扑的研究现状。在第二章对氮化镓功率器件本身的特性和存在的问题进行了分析,当变换器采用Ga N HEMT作为功率开关管且处于高频控制时,器件本身以及硬件电路中的寄生参数对开关特性的影响被放大。本文以Buck变换器为例,针对此类问题进行了说明、并对其原因进行了分析。同时,基于器件寄生电容、拓扑中电感构造的谐振回路,提出了一种电流断续模式情况下的软开关控制策略。第三章中,针对三电平Buck级联半桥LLC的传统两级式结构,进行了工作原理和开关模态的分析,并设计了输入分压电容均压控制策略。此外,本文同时对于无中间电容的两级式级联结构进行了探讨与分析,给出了两种方案的对比。在第四章中,本文根据两级式级联结构,进行了基于氮化镓器件的宽范围隔离变换器设计,同时搭建了实验样机,并且通过实验结果验证了理论分析的正确性