考虑电路寄生参数的BOOST变换器开关特性研究

摘要

高效、高密度是开关电源发展的重要方向,有效的实现方法为提高开关频率与开关速度,减小无源器件的体积。但是开关速度提高会使电路中寄生参数的影响不可忽略,一方面会使寄生参数对开关损耗的影响不可忽略,另一方面电路中的寄生参数影响功率变换器工作可靠性。以上问题反映了寄生参数对功率开关管开关特性的影响,因此文中进行了考虑电路寄生参数的开关特性研究,为开关电源的高频化设计指明了方向。本文具体工作包括以下几个方面:
　　建立了新型开关损耗模型,模型考虑电路寄生电感的影响,同时考虑了输出二极管反向恢复、吸收电路、功率开关器件非线性工作特性对开关损耗的影响,模型精度通过Saber仿真验证。
　　研究了MOSFET开关管可靠工作的开关速度约束机理,建立考虑电路寄生参数影响的开关速度约束解析表达式,最终推导出满足开关速度约束条件的驱动电阻值表达式,仿真验证了理论分析的正确性。
　　分析电路寄生参数的来源并且比较电路寄生参数不同提取方法,验证了通过软件提取电路寄生参数的精度。研究PCB走线的几何尺寸及夹角对寄生参数提取结果的影响。
　　搭建实验平台,提取电路寄生参数,建立电路仿真模型,将仿真波形与实测波形进行比较验证寄生参数对开关特性的影响。为了进一步验证寄生参数提取精度,进行温升仿真,并与实测温升结果比较,验证了寄生参数提取方法的正确性。

目录

摘 要

Abstract

绪 论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 考虑寄生参数影响的开关特性研究现状

1.3 本课题主要研究内容

第2章 MOSFET开关损耗数学建模

2.1 功率MOSFET器件非线性影响因素

2.1.1 转移特性的非线性

2.1.2 MOSFET极间寄生电容的非线性

2.2 开关损耗的数学建模

2.2.1 开通过程

2.2.2 关断过程

2.3 开关损耗模型的仿真验证

2.4 本章小结

第3章 驱动速度优化设计

3.1 BOOST电路开通约束条件研究

3.1.1开通振荡约束

3.1.2共源极电感反馈约束

3.1.3 开通驱动电阻选取步骤

3.2 BOOST电路关断状态分析及约束条件研究

3.2.1最大 约束

3.2.2关断电压应力约束

3.2.3 关断电阻选取步骤

3.3 本章小结

第4章 电路寄生参数提取

4.1 电路寄生参数来源及计算方法

4.1.1 寄生参数的来源

4.1.2 寄生参数计算方法

4.2 寄生参数软件提取精度验证

4.3 PCB走线寄生参数影响因素分析

4.4 本章小结

第5章 寄生参数影响验证

5.1 BOOST电路实验平台搭建

5.2 器件模型精度验证

5.2.1 MOSFET器件模型精度验证

5.2.2 二极管模型精度验证

5.2.3 器件模型验证结论

5.3 开关波形仿真与实测比较

5.4 温升实测与仿真验证

5.5 本章小结

结 论

参考文献

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致 谢