基于GaN器件的高频DC_DC变换器的研究.pdf

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1、硕士学位论文基于GaN器件的高频DC/DC变换器的研究THERESEARCHONHIGHFREQUENCYDC/DCCONVERTERBASEDONGANDEVICES王媛媛哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TM923.6学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工学硕士学位论文基于GaN器件的高频DC/DC变换器研究硕士研究生：王媛媛导师：王懿杰教授申请学位：全日制工学硕士学科：电气工程所在单位：电气工程及自动化学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TM923.6U.D.C:621.3D

2、issertationfortheMasterDegreeinEngineeringTHERESEARCHONHIGHFREQUENCYDC/DCCONVERTERBASEDONGANDEVICESCandidate：WangYuanyuanSupervisor：Prof.WangYijieAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：ElectricalEngineeringAffiliation：Dept.ofElectricalEngineeringDateofDefence：June,2018

3、Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要在通讯设备和新一代数据中心服务器等领域，小型化电源模块被广泛应用。高频化是提升电源功率密度的重要手段，然而高频化引起的开关损耗以及寄生参数等问题亟待解决。对此，可以从以下几个方面进行分析：（1）拓扑角度，选取能够实现软开关的拓扑，以减少开关损耗；（2）器件角度：应用开关速度快，损耗低的半导体器件。第三代宽禁带半导体的器件的发展，为电力电子技术的进一步革新提供了可能；（3）磁设计角度：磁性元件设计是开关电源设计的核心，

4、减小高频时其体积和损耗对于实现电源的高频化和小型化有重要意义。本文首先根据系统高频高效高功率密度的要求，DC/DC变换器拓扑选用半桥LLC谐振变换器。充分考虑高频时寄生参数的影响，建立LLC考虑副边漏感的改进电路模型。利用基波分析法，研究了改进模型的直流特性，与传统模型进行比较，运用解析的方法对拓扑进行工作模态分析。由于高频时副边漏感导致电压增益等发生变化，系统参数设计也发生了改变。因此提出了优化的参数设计方法，保证LLC谐振变换器软开关特性的实现。为提升系统的功率密度，采用了体积小，易复制，适用于高频的平面变压器。然而随着频率的提高，集肤效应和临近效应的影响使

5、得平面变压器建模变得困难。本文采用了一种基于集总电路的系统的建模方法，依据最少的假设可以获得较多电路参数。并结合对寄生电容的研究及变压器损耗理论，对模型进行了优化。通过设计不同的参数组合，分析比较后选用最优的平面变压器结构。为实现良好的输出电压调整，本文采用扩展描述函数方法对考虑副边漏感的高频LLC谐振变化器进行小信号建模，并通过研究谐振电容的等效电路，对谐振腔进行了简化。根据获得的传递函数及Bode图，设计了双极点-双零点的补偿网络，改善系统的动态特性。同时为了克服数字控制器高频时有限频率分辨率的限制，采用了一种PWM与PFM结合的有效的混合控制策略。最后为验

6、证理论研究的准确性，根据技术指标设计并搭建了额定输出功率为300W的实验样机进行测试，额定输入电压48V，输出电压12V，满载时效率高达95.2%。实验结果与仿真及理论分析一致。关键词：LLC谐振变换器；DC/DC变换器；GaN器件；平面变压器；小信号建模-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractInapplicationofcommunicationequipmentanddatacenterservers,miniaturizedpowersuppliesarewidelyused.High-frequencyisanimportantmethod

7、toincreasethepowerdensityofpowersupplies.However,problemssuchasswitchinglossesandparasiticparameterscausedbyhighfrequenciesneedtobeanalyzedandsolved.Inthisregard,itcanbeconsideredfromthefollowingaspects:(1)Topology,selectthetopologythatcanachievesoftswitching;(2)Semiconductordevice:u

8、sesemiconduc