论文部分内容阅读
目前,高效率、高功率密度的变换器是电源行业一直以来追求的目标,随着半导体材料及技术的飞速发展,极大地促进了这一目标的实现。LLC谐振变换器因能够实现变压器原边侧功率管的ZVS以及副边整流管的ZCS,大大减小了工作过程中开关器件的损耗,从而广泛应用于DC/DC变换器中,但是,在更高频率场合,变换器损耗仍然较高。第三代宽禁带半导体器件氮化镓(GaN),由于其体积小、功率密度高、开关速度快、耐高温、无反向恢复损耗等卓越的性能而深受学者的青睐。将该器件应用于LLC谐振变换器中,将会进一步提高变换器的效率。本课题详细分析了基于GaN器件的LLC谐振变换器的工作原理及GaN器件的开关过程。为降低回路寄生参数的影响,优化了驱动回路以及功率回路的布线,并在Ansys Q3D中提取了改善布线后的寄生参数。建立了LLC谐振变换器的数学模型,详细分析了各参数对变换器产生的影响。为了进一步提高变换器的效率和功率密度,本课题采用了平面变压器,并利用Ansys Maxwell电磁仿真软件建立平面变压器的模型,在涡流场仿真环境下得到其漏感等参数,对绕组的分配进行了模拟仿真。计算了LLC谐振变换器的主电路参数,然后利用LTspice电路仿真软件进行了仿真验证,并对损耗进行了详细计算与对比分析,结果表明,基于GaN器件、平面变压器及同步整流技术的LLC谐振变换器的效率和功率密度有了极大的提高。最后在实验室制作了两款实验板,一款是采用传统SiMOSFET器件、传统变压器及二极管整流的样板,另一款则是采用GaN器件、平面变压器及同步整流技术的120W、1MHz样板,最终得到该实验样板的效率为94.75%,功率密度为118.8W/in3。其效率比传统实验板提高了 11.25%,功率密度比传统实验板高81.3W/in3,进一步验证了本设计的正确性和可行性。