谐振半桥电源中功率开关寄生振荡的研究

摘要

随着功率变换器的发展，谐振半桥拓扑以其独特的谐振工作方式带来的优势而得到广泛应用。然而在应用过程中，其功率开关寄生振荡会对系统功耗、效率等性能产生很大影响，因此寄生振荡问题成为学术界研究热点之一。本课题在现有研究的基础上，将从功率开关寄生参数的角度对谐振半桥系统进行建模，再根据所建模型对功率开关寄生振荡进行定量分析，并研究其优化设计方法。
　　本文首先建立了适用于半桥LLC(电感-电感-电容)谐振系统的功率管寄生参数等效电路级模型，在此基础上，揭示了栅极电阻、栅极寄生电感和栅极寄生电容对栅极振荡的影响;揭示了桥臂中点电压变化率和栅极电阻对栅漏振荡的影响;揭示了漏源内部和外部引脚寄生电感、漏源电容和电阻对漏源振荡的影响。然后建立了谐振系统死区工作电路模型，揭示了谐振电路中各参数对死区时间的影响。最后结合所有研究结果给出了谐振半桥电源系统的整体优化设计方法。
　　论文基于一款输入电压380V，频率100kHz～200kHz，输出电压5V，功率50W的产品级谐振半桥实验电源系统进行了验证，模型计算结果与实测结果误差低于5％，通过基于模型的优化设计，栅极振荡得以有效消除，栅漏振荡所引起的栅源电压波动幅度降低至功率管阈值电压以内，漏源振荡幅度降低至稳态电压5％以内，系统的整体性能得到提高，其效率从83.5％提高到85％，开关损耗占总损耗的比例从20％下降到15％。本文优化方法可指导谐振半桥电源的设计来抑制或消除其功率开关寄生振荡。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 谐振半桥功率变换器的背景及发展概述

1．2 谐振半桥功率变换器中的寄生振荡问题

1．3 研究内容和优化指标

1．4 论文结构安排

第二章 谐振半桥基本原理

2．1 传统谐振半桥变换器

2．1．1 串联谐振半桥变换器

2．1．2 并联谐振半桥变换器

2．1．3 串并联谐振半桥变换器

2．1．4 三种谐振半桥变换器的比较

2．2 半桥LLC谐振变换器

2．2．1 半桥LLC谐振变换器拓扑结构

2．2．2 半桥LLC谐振变换器工作区域的划分

2．2．3 半桥LLC谐振变换器工作状态分析

2．2．4 半桥LLC谐振变换器与其它谐振变换器的比较

2．3 半桥LLC谐振变换器中的寄生振荡现象

2．4 本章小结

第三章 半桥LLC谐振系统寄生振荡建模

3．1 半桥LLC谐振系统中功率管栅极寄生振荡建模

3．1．1 栅驱动寄生振荡

3．1．2 栅驱动工作电路

3．1．3 栅驱动数学模型

3．2 半桥LLC谐振系统中功率管栅漏寄生振荡建模

3．2．1 栅漏电容Cdv／dt振荡

3．2．2 CdV／dt振荡工作电路

3．2．3 Cdv／dt振荡数学模型

3．3 半桥LLC谐振系统中功率管漏源寄生振荡建模

3．3．1 硬开关振荡

3．3．2 硬开关工作电路

3．3．3 硬开关数学模型

3．4 半桥LLC谐振建模

3．4．1 半桥LLC主谐振电路建模

3．4．2 半桥LLC死区工作电路建模

3．5 本章小结

第四章 半桥LLC谐振系统寄生振荡仿真及分析

4．1 半桥LLC谐振系统中功率管栅极寄生振荡仿真及分析

4．2 半桥LLC谐振系统中功率管栅漏寄生振荡仿真及分析

4．3 半桥LLC谐振系统中功率管漏源寄生振荡仿真及分析

4．3．1 非零电压开启振荡仿真及分析

4．3．2 非零电流关断振荡仿真及分析

4．4 半桥LLC系统谐振仿真及分析

4．4．1 半桥LLC主谐振电路仿真及分析

4．4．2 半桥LLC死区工作电路仿真及分析

4．5 本章小结

第五章 谐振半桥电源系统优化设计与验证

5．1 谐振半桥电源实验系统设计

5．2 谐振半桥电源实验系统优化

5．3 谐振半桥电源实验系统验证

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢

参考文献

硕士期间取得的成果