高效高功率密度橋式開關(guān)變換器的關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、在通信基站、服務器、數(shù)據(jù)中心、雷達等應用領(lǐng)域中，由于空間有限、散熱條件較差，開關(guān)電源的功率密度和變換效率成為核心指標。效率和功率密度的提升也是電力電子領(lǐng)域中永恒的主題，具有理論指導意義和實用價值。在應用第三代寬禁帶功率器件GaN HEMT的背景下，可在1MHz開關(guān)頻率以上維持較高效率，且無源器件和散熱器的體積在此頻率下大大降低，因此進一步提高功率密度變得可能。然而，GaNHEMT在反向電流的情況下壓降高于現(xiàn)有硅基器件，作為同步整流器件時

2、損耗較高;調(diào)壓Buck變換器+隔離非調(diào)壓LLC諧振變換器所構(gòu)成的兩級結(jié)構(gòu)在獨立控制時的動態(tài)性能差;控制參量較多時全負載范圍效率難以優(yōu)化等問題限制了效率的進一步提升。
　　本文針對上述關(guān)鍵技術(shù)問題，分別研究了同步整流器件的關(guān)斷過程與寄生延遲之間的關(guān)系、兩級變換器的集成化控制方法、多控制參量的控制策略，提出雙重判斷機制的同步整流檢測及諧振頻率追蹤技術(shù)、基于快速查找表(LUT)的PID控制算法、基于多對象優(yōu)化技術(shù)的效率優(yōu)化策略。主要研究

3、內(nèi)容與創(chuàng)新點如下:
　　(1)研究了同步整流器件的關(guān)斷過程與寄生延遲之間的關(guān)系，提出一種雙重判斷機制的同步整流檢測技術(shù)，使同步整流器件在穩(wěn)態(tài)下關(guān)斷于體二極管導通時間最短的時刻，保證變換器的可靠性和效率。測試表明，本文提出的方法徹底消除了負載到變換器存在的100mA反灌電流，保證了變換器的可靠性，并使LLC諧振變換器的效率提高至94.5％;
　　(2)研究了LLC變換器中勵磁電感與諧振電感的比值對軟開關(guān)實現(xiàn)的影響，提出一種數(shù)字

4、諧振頻率追蹤技術(shù)，使LLC變換器總是工作在諧振頻率處，在作為隔離非穩(wěn)壓變換器時實現(xiàn)最高效率。測試表明，在1MHz開關(guān)頻率下，峰值效率可達96％,20％負載效率超過92％;
　　(3)研究了兩級變換器的集成化控制方法，提出一種快速LUT-PID控制策略，通過降低PID系數(shù)表格維度，縮短查詢、計算時間，使變換器在各負載條件下的穩(wěn)態(tài)誤差得以降低，還大幅提高了變換器的動態(tài)性能。測試表明，在1MHz開關(guān)頻率下，LUT-PID技術(shù)使變換器在負

5、載切換時所需輸出建立時間降低60％，輸出電壓穩(wěn)態(tài)誤差為0.1V，電流穩(wěn)態(tài)誤差為0.5A;
　　(4)研究了多個控制變量對系統(tǒng)效率的影響，提出一種基于遺傳算法的在線式多對象優(yōu)化技術(shù)，以效率作為適應度函數(shù)，并基于功率器件和磁性元件的可靠性建立了控制參量的約束條件，從而對變換器的全負載范圍效率進行了優(yōu)化。測試表明，變換器的峰值效率達到90％，20％負載效率達到85％。
　　在此基礎(chǔ)上，搭建樣機對提出的技術(shù)、算法和策略進行驗證，變換