基于氮化鎵器件的高頻車載DC-DC變換器的研究.pdf

1、隨著能源危機和環(huán)境污染的日益嚴重，節(jié)能而又環(huán)保的電動汽車(EV)變得越來越普及。車載DC-DC變換器作為電動汽車中高壓動力電池和低壓蓄電池之間的橋梁，對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)具有開關速度快、寄生參數(shù)小、電氣性能優(yōu)越等優(yōu)點，因此對提高車載DC-DC變換器的功率密度具有顯著的優(yōu)勢。
　　本文首先針對車載DC-DC變換器輸入電壓范圍寬、輸出電流大的特點，對幾種常用拓撲進行分析比較，并選取了Buck+

2、半橋LLC諧振變換器的兩級式拓撲作為主電路。由于輸出電流較大，后級采用多相LLC交錯并聯(lián)的結構，分析了LLC交錯并聯(lián)對減小輸出紋波電流的優(yōu)點。為了分析均流問題，本文采用基波分析法推導出LLC諧振變換器的輸入輸出增益特性，根據(jù)增益特性來計算諧振網(wǎng)絡參數(shù)的誤差對輸出負載的影響，并給出了改善均流性能的參數(shù)優(yōu)化方法。
　　低壓GaN晶體管存在驅動電壓范圍窄，開通門檻電壓低的缺點。本文分析了高頻工作時寄生參數(shù)對低壓GaN晶體管驅動波形的影響

3、，給出了改善驅動電路的方法。對于高壓GaN晶體管，本文分析了級聯(lián)結構的工作原理和封裝帶來的寄生參數(shù)對驅動的影響，并討論了高壓GaN晶體管的結電容對減小LLC死區(qū)時間、提高變換器效率的優(yōu)勢。
　　基于理論分析，在實驗室完成了一臺320V輸入、12V/160A輸出、開關頻率1MHz的原理樣機，并與采用Si MOSFET器件的樣機進行了效率對比實驗。實驗結果表明，采用GaN器件對提高車載DC-DC變換器的功率密度具有顯著的優(yōu)勢。最后，本