基于gan器件的圖騰柱無橋boost pfc電路的研究

1、基于基于GaN器件的圖騰柱無橋器件的圖騰柱無橋BoostPFC電路的研究電路的研究黃立張浩然摘要氮化鎵技術(shù)鑒于其優(yōu)良的開關(guān)特性和持續(xù)提升的品質(zhì)，近年來在電力轉(zhuǎn)換應(yīng)用方面慢慢得到了重視。本文根據(jù)電流連續(xù)傳導(dǎo)模式的圖騰柱無橋PFC拓?fù)涞奶攸c(diǎn)，將氮化鎵器件應(yīng)用于電路中以提高功率因素。利用Simulink軟件對(duì)電路進(jìn)行了仿真和分析，結(jié)果表明平均電流控制的無橋PFC達(dá)到了提高功率因素的目的?！娟P(guān)鍵詞】氮化鎵PFCSimulink電力電子設(shè)備在電力

2、系統(tǒng)和日常生活中的廣泛使用，帶來了便捷的同時(shí)也伴隨著諧波污染問題。諧波污染不僅會(huì)導(dǎo)致輸入的電流波形和電壓波形不一致，而且能夠產(chǎn)生嚴(yán)重的畸變。由于電壓與電流波形的頻率和相位不一致，會(huì)嚴(yán)重影響電網(wǎng)電能的質(zhì)量，導(dǎo)致輸入功率因數(shù)降低。同時(shí)，諧波還會(huì)對(duì)電氣裝置造成干擾，導(dǎo)致儀器儀表和系統(tǒng)裝置產(chǎn)生誤計(jì)量或誤操作。為了提高電網(wǎng)供電質(zhì)量，抑制諧波污染，功率因數(shù)校正（PowerFactCrection，PFC）已經(jīng)成為電力電子行業(yè)中的熱點(diǎn)。提高功率因數(shù)校

3、正變換器的效率與功率密度是有效途徑之一，基于硅（Si）器件的BoostPFC變換器已經(jīng)被廣泛研究。由于Si器件性能已經(jīng)被發(fā)掘接近極限，基于其的變換器特性也很難再提高。近年來，新寬禁帶半導(dǎo)體氮化鎵（GaN）的出現(xiàn)，由于其優(yōu)越的材料屬性，使GaN開關(guān)器件具有開關(guān)速度快、導(dǎo)通電阻低等優(yōu)點(diǎn)。GaN器件的逐漸普及為變換器性能提高到一個(gè)新的等級(jí)提供了可器件。在施加Vcc并且建立柵極驅(qū)動(dòng)器一個(gè)穩(wěn)定的負(fù)偏置電壓后，啟動(dòng)邏輯電路將MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管打開，

4、并在隨后保持導(dǎo)通狀態(tài)。由于GaN器件沒有少數(shù)載流子，所以沒有反向恢復(fù)的問題，與相應(yīng)的MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管相比，GaN的柵極電容小于10倍，輸出電容降低了數(shù)倍。安全的GaN場(chǎng)效應(yīng)晶體管充分體現(xiàn)了GaN的優(yōu)點(diǎn)，其優(yōu)良的開關(guān)特性保證了新型開關(guān)變換器的性能。還應(yīng)該注意是，因?yàn)榘踩獹aN場(chǎng)效應(yīng)晶體管內(nèi)的體二極管實(shí)際上并不存在，當(dāng)一個(gè)反向電流流經(jīng)GaN場(chǎng)效應(yīng)晶體管，會(huì)在漏極和源極上產(chǎn)生一個(gè)負(fù)向電壓，此時(shí)GaN器件的工作方式就無異于普通二極管。源漏電壓

5、Vds在達(dá)到特定的閥值時(shí)，GaN場(chǎng)效應(yīng)晶體管開始反向傳導(dǎo)，而這個(gè)閥值就是體二極管的正向壓降。正向壓降能夠很高，甚至達(dá)到數(shù)伏特，運(yùn)行在二極管模式下的傳導(dǎo)損耗，這時(shí)非常有必要通過接通GaN場(chǎng)效應(yīng)晶體管來減少。2.2基于GaN的圖騰柱無橋BoostPFC電路圖3中所示的是一個(gè)常見的圖騰柱無橋BoostPFC電源電路。Q3和Q4是安全GaN場(chǎng)效應(yīng)晶體管；Q1和Q2是AC整流器場(chǎng)效應(yīng)晶體管，它們是AC線路頻率上的開關(guān)，而D1和D2是浪涌路徑二極管