1 MHz LLC型半橋串聯諧振轉換器｜國立臺灣科技大學博碩士論文系統

簡易檢索 / 詳目顯示

回結果列表

研究生：	蘇英傑 Ying-Jie Su
論文名稱：	1 MHz LLC型半橋串聯諧振轉換器 1 MHz LLC Half-Bridge Series Resonant DC-DC Converter
指導教授：	林景源 Jing-Yuan Lin
口試委員:	邱煌仁 Huang-Jen Chiu 陳景然 Ching-Jan Chen 謝耀慶 Yao-Ching Hsieh 林景源 Jing-Yuan Lin
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	電資學院 - 電子工程系 Department of Electronic and Computer Engineering
論文出版年：	2017
畢業學年度：	105
語文別：	中文
論文頁數：	62
中文關鍵詞：	空乏型氮化鎵電晶體、增強型氮化鎵電晶體、LLC型半橋串聯諧振轉換器、平板變壓器
外文關鍵詞：	dGaN HEMT, eGaN HEMT, LLC half-bridge series resonant converter, planar transformer
相關次數：	點閱：527 下載：21
分享至:	分享至facebook 分享至twitter

查詢本校圖書館目錄查詢臺灣博碩士論文知識加值系統勘誤回報

上一筆

氮化鎵高電子遷移率電晶體在近幾年中逐漸發展成熟，除了穩定性提高外，也更加廣泛地應用在不同規格中；依其結構又可分為空乏型氮化鎵與增強型氮化鎵。在電源轉換器不同切換頻率下，空乏型氮化鎵與增強型氮化鎵高電子遷移率電晶體各具有其優勢。
本論文將空乏型氮化鎵與增強型氮化鎵電晶體應用在切換頻率為1 MHz LLC型半橋串聯諧振轉換器中，以其一次側零電壓切換、二次側零電流切換之特性，期望提高電路切換頻率的同時，又能降低切換損耗；二次側方面使用同步整流技術，以減少輸出大電流時的導通損耗。磁性元件則使用平板變壓器取代了一般繞線架繞製的變壓器，藉此縮小電路體積，提高電路整體功率密度。本論文最後實現兩台切換頻率為1 MHz輸入電壓380 V轉12 V輸出500 W之LLC型半橋串聯諧振轉換器以比較空乏型氮化鎵與增強型氮化鎵之特性，實驗結果與數據比較經驗證後，發現增強型氮化鎵應用在1MHz切換頻率電路較空乏型氮化鎵具有效率上的優勢。

Gallium-nitride high-electron-mobility transistors (GaN HEMT) have been prosperously developed these years. Besides their stability, they are also widely used in various applications. According to the structure, it can be divided into enhancement mode (eGaN) and depletion mode (dGaN). At different switching frequencies, dGaN and eGaN HEMT has their own unique advantages.
This thesis applies dGaN and eGaN HEMT transistors on LLC half- bridge series resonant converter, making use of the property of ZVS and ZCS to reduce their switching loss at higher switching frequency. Synchronous rectifier is utilized on the secondary side to minimize the conduction loss resulted from the high output current. In addition, the use of a planar transformer has replaced the usually applied winding transformer in order to minimize the volume and boost its whole power density. In the end of the thesis, we built two LLC half bridge resonant converters operated at 1 MHz to perform the conversion from 380 V to 12 V with rated power of 500 W, in order to compare the properties of dGaN and eGaN. After comparing the data with the experimental results, it showed that when applying to 1 MHz, the power efficiency of the eGaN version has advantage over the dGaN version.

目 錄
摘 要 ................................ ................................ ................................ ......... i
Abstract ................................ ................................ ................................ ...... ii
誌 謝 ................................ ................................ ................................ ....... iii
目 錄 ................................ ................................ ................................ ......... v
圖索引 ................................ ................................ ................................ ...... vii
表索引 ................................ ................................ ................................ ......... x
第一章 緒論 ................................ ................................ ............................... 1
1.1 研究動機與目的 研究動機與目的 ................................ ................................ ........ 1
1.2 章節大綱 ................................ ................................ .................... 2
第二章 氮化鎵高電子遷移率晶體簡介 氮化鎵高電子遷移率晶體簡介 氮化鎵高電子遷移率晶體簡介 氮化鎵高電子遷移率晶體簡介 氮化鎵高電子遷移率晶體簡介 ................................ .............. 3
2.1 氮化鎵電晶體結構 氮化鎵電晶體結構 氮化鎵電晶體結構 ................................ ................................ .... 3
2.2 空乏型與增強氮化鎵電晶體特性之比較 空乏型與增強氮化鎵電晶體特性之比較 空乏型與增強氮化鎵電晶體特性之比較 空乏型與增強氮化鎵電晶體特性之比較 空乏型與增強氮化鎵電晶體特性之比較 空乏型與增強氮化鎵電晶體特性之比較 空乏型與增強氮化鎵電晶體特性之比較 ............................ 5
2.4 氮化鎵電晶體驅動與佈局考量 氮化鎵電晶體驅動與佈局考量 氮化鎵電晶體驅動與佈局考量 氮化鎵電晶體驅動與佈局考量 氮化鎵電晶體驅動與佈局考量 ................................ ................ 7
第三章 LLC型半橋串聯諧振轉換器 型半橋串聯諧振轉換器 型半橋串聯諧振轉換器 ................................ ...................... 9
3.1 LLC型半橋串聯諧振轉換器工作區間 型半橋串聯諧振轉換器工作區間 型半橋串聯諧振轉換器工作區間 型半橋串聯諧振轉換器工作區間 ................................ . 10
3.2 LLC型半橋串聯諧振轉換器區間分析 型半橋串聯諧振轉換器區間分析 型半橋串聯諧振轉換器區間分析 型半橋串聯諧振轉換器區間分析 ................................ . 11
3.4 諧振槽轉移函數分析 諧振槽轉移函數分析 諧振槽轉移函數分析 諧振槽轉移函數分析 ................................ .............................. 20
第四章 LLC型半橋串聯諧振轉換器效率優化 型半橋串聯諧振轉換器效率優化 型半橋串聯諧振轉換器效率優化 型半橋串聯諧振轉換器效率優化 型半橋串聯諧振轉換器效率優化 ................................ .... 24
4.1 電路規格 ................................ ................................ .................. 24
4.2 高頻變壓器寄生電容對零切換條件之影響 高頻變壓器寄生電容對零切換條件之影響 高頻變壓器寄生電容對零切換條件之影響 高頻變壓器寄生電容對零切換條件之影響 高頻變壓器寄生電容對零切換條件之影響 高頻變壓器寄生電容對零切換條件之影響 高頻變壓器寄生電容對零切換條件之影響 .................. 24
4.3 死區時間與激磁電感設計 死區時間與激磁電感設計 死區時間與激磁電感設計 死區時間與激磁電感設計 ................................ ...................... 26
4.3.1死區時間與激磁電感和導通损之關係 死區時間與激磁電感和導通损之關係 死區時間與激磁電感和導通损之關係 死區時間與激磁電感和導通损之關係 死區時間與激磁電感和導通损之關係 死區時間與激磁電感和導通损之關係 ......................... 28
4.3.2死區時間和切換損的關係 死區時間和切換損的關係 死區時間和切換損的關係 死區時間和切換損的關係 ................................ ............. 34
4.3.3 dGaN與 eGaN之損耗分析 之損耗分析 ................................ ........... 36
4.4 平板變壓器設計 平板變壓器設計 ................................ ................................ ...... 39
4.5 諧振槽設計 諧振槽設計 ................................ ................................ .............. 43
4.6 同步整流技術 同步整流技術 ................................ ................................ .......... 46
第五章 實驗量測結果與數據比較 實驗量測結果與數據比較 實驗量測結果與數據比較 ................................ ........................ 49
5.1 規格與實驗儀器 規格與實驗儀器 ................................ ................................ ...... 49
5.2 實驗波形 ................................ ................................ .................. 51
5.3 實驗結果與數據比較 實驗結果與數據比較 實驗結果與數據比較 實驗結果與數據比較 ................................ .............................. 56
第六章 結論與未來展望 結論與未來展望 ................................ ................................ ........ 58
6.1 結論 ................................ ................................ .......................... 58
6.2 未來展望 ................................ ................................ .................. 58
參考文獻 ................................ ................................ ................................ ... 60
                                

[1] Ya Liu, “High Efficiency optimization of LLC resonant converter for wide load range”, Master thesis, VA: Virginia Polytechnic Institute and State University, 2007.
[2] Infineon Inc., “MOSFET power losses calculation using the data-sheet parameters”, Application Note, 2006.
[3] Yuancheng Ren, Ming Xu, Jinghai Zhou, and Fred C. Lee,“ Analysis loss model of power MOSFET“, IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 21, No. 2, 2006.
[4] 謝佩樺，1 MHz串聯諧振轉換器，國立台灣科技大學電子工程系碩士論文，2016年。
[5] C. Person, “Selection of primary side devices for LLC resonant converters”, Master thesis, VA: Virginia Polytechnic Institute and State University, 2008.
[6] Dianbo Fu, Bing Lu and Fred C. Lee, “1 MHz high efficiency LLC resonant converters with synchronous rectifier”, VA: Virginia Polytechnic Institute and State University, 2008.
[7] N. Talikoti, K. U. Rao, and R. Ghosh, “GAN versus CoolMOS: A theoretical comparison of performances”, in Proc. ARTCom, 2013, pp. 409-414.
[8] Felix Recht, Zan Huang, and Yifeng Wu, “Characteristics of
transphorm GaN power switches”, Application Note, 2016.
[9] GaN Systems Inc., “Design with GaN Enhancement mode HEMT”, Application Note, 2016.
[10] EPC Inc., “Gallium Nitride(GaN) Technology Overview”, White Paper, 2012.
[11] 蔡富斌，具同步整流之數位控制半橋串聯諧振轉換器之硏製，國立台灣科技大學電子工程系碩士論文，2012年。
[12] B. Acher, C. R. Sullivan and S. R. Sanders, “Current controlled synchronous rectification”, IEEE APEC, vol. 1, 1994.
[13] Junming Zhang, Jiawen Liao, Jianfeng Wang and Zhaoming Qian, “A current-driving synchronous rectifier for an LLC resonant converter with voltage-doubler rectifier structure”, IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 27, No. 4, 2012.
[14] Pulse Electronic Inc., “Planar Transformer Designs Improve Power Supply Efficiency”, 2016.
[15] Texas Instruments, “Design planar magnetics”, Application Note, 2011.
[16] FERROXCUBE Inc., “Design of Planar Power Transformer”, Application Note, 2012.
[17] Transphorm Inc., “650 V Cascode GaN FET in TO-220(Source Tab) ”, Data Sheet, 2016.
[18] GaN Systems Inc, “Bottom-side cooled 650 V E-mode GaN transistor”, Datasheet, 2016 .
[19] GaN Systems Inc, “How to drive GaN Enhancement mode HEMT”, Application Brief, 2016.
[20] Hai Yan Lu, Jian Guo Zhu and S. Y. Ron Hui, “Experimental Determination of stray Capacitances in High Frequency Transformers” , IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 18, No. 5, 2003.
[21] ACME Inc., “ACME Ferrite Core Datasheet,” Available:
http://www.acme-ferrite.com.tw/en/images/pro/acme_product.pdf, Jan. 2016.
[22] 梁適安，交換式電源供給器之理論與實務設計修訂版台北：梁適安，交換式電源供給器之理論與實務設計修訂版台北：梁適安，交換式電源供給器之理論與實務設計修訂版台北：梁適安，交換式電源供給器之理論與實務設計修訂版台北：梁適安，交換式電源供給器之理論與實務設計修訂版台北：梁適安，交換式電源供給器之理論與實務設計修訂版台北：梁適安，交換式電源供給器之理論與實務設計修訂版台北：梁適安，交換式電源供給器之理論與實務設計修訂版台北：梁適安，交換式電源供給器之理論與實務設計修訂版台北：梁適安，交換式電源供給器之理論與實務設計修訂版台北：梁適安，交換式電源供給器之理論與實務設計修訂版台北：梁適安，交換式電源供給器之理論與實務設計修訂版台北：梁適安，交換式電源供給器之理論與實務設計修訂版台北：梁適安，交換式電源供給器之理論與實務設計修訂版台北：全華圖書，全華圖書， 2008年。
[23] Xiang Fang, “Analysis And Design Optimization Of Resonant Dc-dc Converters”, Doctor thesis, B.S. Tsinghua University, 2007.
[24] Hai Yan Lu, Jian Guo Zhu, S. Y. Ron Hui, “Experimental Determination of stray Capacitances in High Frequency Transformers”, IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 18, No. 5, 2003.
[25] 吳義利，切換式電源轉器初版高雄：文笙書局吳義利，切換式電源轉器初版高雄：文笙書局吳義利，切換式電源轉器初版高雄：文笙書局吳義利，切換式電源轉器初版高雄：文笙書局吳義利，切換式電源轉器初版高雄：文笙書局吳義利，切換式電源轉器初版高雄：文笙書局吳義利，切換式電源轉器初版高雄：文笙書局吳義利，切換式電源轉器初版高雄：文笙書局吳義利，切換式電源轉器初版高雄：文笙書局吳義利，切換式電源轉器初版高雄：文笙書局吳義利，切換式電源轉器初版高雄：文笙書局吳義利，切換式電源轉器初版高雄：文笙書局吳義利，切換式電源轉器初版高雄：文笙書局吳義利，切換式電源轉器初版高雄：文笙書局2012年。
[26] Texas Instruments, “TMS320F28035 Piccolo Microcontrollers”, Datasheet, 2011.
[27] Texas Instruments, “TMS320xF2802x, 2803x Piccolo Analog-to-Digital Converter (ADC) and Comparator”, Application Report, 2011.
[28] Texas Instruments, “C28x Digital Power Library”, Module User’s Guide, 2011.
[29] GaN Systems, “PCB Thermal Design Guide for GaN Enhancement Mode Power Transistors”, Application Note, 2016.

簡易檢索 / 詳目顯示

相關論文