基于氮化鎵器件的高頻車載DC-DC變換器的研究.pdf

1、隨著能源危機(jī)和環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，節(jié)能而又環(huán)保的電動(dòng)汽車(EV)變得越來越普及。車載DC-DC變換器作為電動(dòng)汽車中高壓動(dòng)力電池和低壓蓄電池之間的橋梁，對(duì)高效率和高功率密度的要求越來越高。氮化鎵功率晶體管(GaN)具有開關(guān)速度快、寄生參數(shù)小、電氣性能優(yōu)越等優(yōu)點(diǎn)，因此對(duì)提高車載DC-DC變換器的功率密度具有顯著的優(yōu)勢(shì)。
　　本文首先針對(duì)車載DC-DC變換器輸入電壓范圍寬、輸出電流大的特點(diǎn)，對(duì)幾種常用拓?fù)溥M(jìn)行分析比較，并選取了Buck+

2、半橋LLC諧振變換器的兩級(jí)式拓?fù)渥鳛橹麟娐?。由于輸出電流較大，后級(jí)采用多相LLC交錯(cuò)并聯(lián)的結(jié)構(gòu)，分析了LLC交錯(cuò)并聯(lián)對(duì)減小輸出紋波電流的優(yōu)點(diǎn)。為了分析均流問題，本文采用基波分析法推導(dǎo)出LLC諧振變換器的輸入輸出增益特性，根據(jù)增益特性來計(jì)算諧振網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的誤差對(duì)輸出負(fù)載的影響，并給出了改善均流性能的參數(shù)優(yōu)化方法。
　　低壓GaN晶體管存在驅(qū)動(dòng)電壓范圍窄，開通門檻電壓低的缺點(diǎn)。本文分析了高頻工作時(shí)寄生參數(shù)對(duì)低壓GaN晶體管驅(qū)動(dòng)波形的影響

3、，給出了改善驅(qū)動(dòng)電路的方法。對(duì)于高壓GaN晶體管，本文分析了級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的工作原理和封裝帶來的寄生參數(shù)對(duì)驅(qū)動(dòng)的影響，并討論了高壓GaN晶體管的結(jié)電容對(duì)減小LLC死區(qū)時(shí)間、提高變換器效率的優(yōu)勢(shì)。
　　基于理論分析，在實(shí)驗(yàn)室完成了一臺(tái)320V輸入、12V/160A輸出、開關(guān)頻率1MHz的原理樣機(jī)，并與采用Si MOSFET器件的樣機(jī)進(jìn)行了效率對(duì)比實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用GaN器件對(duì)提高車載DC-DC變換器的功率密度具有顯著的優(yōu)勢(shì)。最后，本