一种基于SiC功率开关单元的全桥LLC谐振变换器制造技术

本发明专利技术提供一种基于SiC功率开关单元的全桥LLC谐振变换器，包括：依次连接的输入电压U

【技术实现步骤摘要】
一种基于SiC功率开关单元的全桥LLC谐振变换器


[0001]本专利技术涉及谐振变换器
，特别涉及一种基于SiC功率开关单元的全桥LLC谐振变换器。

技术介绍

[0002]谐振型开关变换器是伴随着电力电子技术的发展趋势产生的。硬开关方式的效率会随着开关频率的提高而降低，解决该问题变得非常重要。作为一种软开关电路，谐振变换器能有效地解决高频率下的低效率问题，这得到了国内外学者的充分重视。
[0003]最先得到发展的是LC串联谐振变换器(SRC)，一些学者给出了SRC谐振变换器的拓扑结构阵、稳定分析法、小信号分析法、控制方法和设计方法；随后一些学者开始关注另一种LC并联谐振变换器(PRC)，他们研究了PRC的拓扑结构、稳态分析方法、小信号模型、控制方法，以及一些设计方法，但是随着研究的深入，研究人员们发现在对SRC和PRC进行变频控制时，他们都有较为突出的缺点。SRC是空载不可调，轻载对频率不敏感；PRC是谐振环路内的能量比较大，对变换器的效率由很大影响，另外在输出电压较高时，开关损耗较大。为了规避二者的缺点，并结合二者的优点，研究人员又提出多种拓扑结构，其中以LCC谐振变换器最受关注，但是同样作为三阶的LLC变换器却没有受到重视，造成这种局面的原因一方面是LCC谐振变换器在很窄的频率范围内能实现负载从满载到空载的调节，且能实现软开关技术，保证了谐振变换器的效率；另一方面是由于最初分布式电源系统的概念并没有提出，对输入电压的变化问题没有足够关注。直到分布式电源系统提出，LLC变换器逐渐变成了研究热点。由于LLC谐振变换器的特点，其在分布电源系统中得到广泛应用，LLC变换器是一种符合电源发展方向的拓扑结构，具有很强的研究价值。
[0004]传统LLC谐振变换器中普遍采用Si器件，受传统Si器件的开关速度、开关损耗以及耐压的限制，传统LLC谐振电路较难适应现代功率变换器趋向于高频、高效、高功率密度的发展方向，因此采用SiC MOSFET代替Si器件。但是SiC MOSFET的高开关频率，引入了新的技术难题，主要体现在桥臂结构应用中米勒电容位移电流导致的栅极串扰问题。为了解决栅极串扰问题，国内外研究人员研究了多种方法。现有的技术中提出了多种解决栅极串扰难题的解决办法，但这些方法却存在一定不足，鉴于栅极干扰的高频特性及前馈控制精度限制，典型栅极前馈控制下MOSFET可承受的电压变化率(dv/dt)有限，因此，通过控制栅极电压以抑制栅极寄生振荡，目前仍是一项极具挑战的工作。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题，在于提供一种基于SiC功率开关单元的全桥LLC谐振变换器，能够很好的解决栅极串扰问题对全桥LLC谐振电路稳定性的影响，且电路结构简单，干扰小；并且可以在实现提高碳化硅器件开关速度的同时，抑制栅极串扰，实现碳化硅器件栅压稳定的目的，从而使得全桥LLC谐振电路系统稳定高效。
[0006]本专利技术的实现方式：本专利技术提供了一种基于SiC功率开关单元的全桥LLC谐振变换
器，包括依次连接的输入电压U
in
、开关网络、谐振网络、滤波网络、输出电压U
o
；
[0007]所述开关网络包括SiC功率开关单元U1、SiC功率开关单元U2、SiC功率开关单元U3以及SiC功率开关单元U4，所述输入电压U
in
的正极分别连接所述SiC功率开关单元U1以及SiC功率开关单元U2，所述输入电压U
in
的负极分别连接所述SiC功率开关单元U3以及SiC功率开关单元U4，所述SiC功率开关单元U1以及SiC功率开关单元U3串联后连接至所述谐振网络，所述SiC功率开关单元U2以及SiC功率开关单元U4串联后连接至所述谐振网络；
[0008]所述整流滤波网络包括变压器T
r
、整流二极管D
R1
、整流二极管D
R2
、整流二极管D
R3
、整流二极管D
R4
以及输出滤波电容C
f
，所述变压器T
r
原边并联在谐振网络两端，所述变压器T
r
副边一端分别连接所述整流二极管D
R1
的正极以及整流二极管D
R3
的负极，所述变压器T
r
副边另一端分别连接所述整流二极管D
R2
正极以及整流二极管D
R4
的负极；所述整流二极管D
R1
的负极以及整流二极管D
R2
的负极串联后分别连接所述输出滤波电容C
f
一端以及输出电压U
o
的正极；所述整流二极管D
R3
的正极以及整流二极管D
R4
的正极串联后分别连接所述输出滤波电容C
f
一端以及输出电压U
o
的负极。
[0009]进一步地，所述SiC功率开关单元U1、SiC功率开关单元U2、SiC功率开关单元U3以及SiC功率开关单元U4均包括驱动信号、辅助二极管单元、驱动推挽电路、驱动电阻R、辅助电容C及碳化硅功率器件，所述驱动信号连接至所述驱动推挽电路，所述驱动推挽电路分别连接所述驱动电阻R的一端以及辅助电容C的一端、碳化硅功率器件的漏极，所述所述驱动电阻R的一端以及辅助电容C的一端均连接至所述辅助二极管单元的一端部，所述辅助二极管单元的另一端连接至所述碳化硅功率器件的栅极。
[0010]进一步地，所述辅助二极管单元包括两个辅助二极管，所述驱动电阻R的一端以及辅助电容C的一端串联后连接至一个辅助二极管的正极以及另一个辅助二极管的负极，所述一个辅助二极管的负极以及另一个辅助二极管的正极串联后连接至所述碳化硅功率器件的栅极。
[0011]进一步地，所述驱动推挽电路包括一碳化硅功率器件驱动芯片、开通偏置电压V
CC
以及关断偏置电压V
EE
；所述碳化硅功率器件驱动芯片输出电源正端口连接至开通偏置电压V
CC
的正极，所述碳化硅功率器件驱动芯片输出电源负端口连接至关断偏置电压V
EE
的负极，所述碳化硅功率器件驱动芯片的驱动输出端口连接至所述驱动电阻R的一端，所述碳化硅功率器件驱动芯片的驱动输入端口连接至驱动信号；碳化硅功率器件驱动芯片输出电流大于(V
CC
‑
V
EE
)/R
g
，其中R
g
为碳化硅功率器件的栅极寄生电阻。
[0012]进一步地，所述辅助二极管的击穿电压大于V
CC
‑
V
EE
，且承受的连续电流大于(V
CC
‑
V
EE
)/R
g
。
[0013]进一步地，所述谐振网络包括谐振电感L
r
、励磁电感L
m
和谐振电容C
r<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于SiC功率开关单元的全桥LLC谐振变换器，其特征在于，包括依次连接的输入电压U
in
、开关网络、谐振网络、滤波网络、输出电压U
o
；所述开关网络包括SiC功率开关单元U1、SiC功率开关单元U2、SiC功率开关单元U3以及SiC功率开关单元U4，所述输入电压U
in
的正极分别连接所述SiC功率开关单元U1以及SiC功率开关单元U2，所述输入电压U
in
的负极分别连接所述SiC功率开关单元U3以及SiC功率开关单元U4，所述SiC功率开关单元U1以及SiC功率开关单元U3串联后连接至所述谐振网络，所述SiC功率开关单元U2以及SiC功率开关单元U4串联后连接至所述谐振网络；所述整流滤波网络包括变压器T
r
、整流二极管D
R1
、整流二极管D
R2
、整流二极管D
R3
、整流二极管D
R4
以及输出滤波电容C
f
，所述变压器T
r
原边并联在谐振网络两端，所述变压器T
r
副边一端分别连接所述整流二极管D
R1
的正极以及整流二极管D
R3
的负极，所述变压器T
r
副边另一端分别连接所述整流二极管D
R2
正极以及整流二极管D
R4
的负极；所述整流二极管D
R1
的负极以及整流二极管D
R2
的负极串联后分别连接所述输出滤波电容C
f
一端以及输出电压U
o
的正极；所述整流二极管D
R3
的正极以及整流二极管D
R4
的正极串联后分别连接所述输出滤波电容C
f
一端以及输出电压U
o
的负极。2.根据权利要求1所述的一种基于SiC功率开关单元的全桥LLC谐振变换器，其特征在于，所述SiC功率开关单元U1、SiC功率开关单元U2、SiC功率开关单元U3以及SiC功率开关单元U4均包括驱动信号、辅助二极管单元、驱动推挽电路、驱动电阻R、辅助电容C及碳化硅功率器件，所述驱动信号连接至所述驱动推挽电路，所述驱动推挽电路分别连接所述驱动电阻R的一端以及辅助电容C的一端、碳化硅功率器件的漏极，所述所述驱动电阻R的一端以及辅助电容C的一端均连接至所述辅助二极管单元的一端部，所述辅助二极管单元的另一端连接至所述碳化硅功率器件的栅极。3.根据权利要求2所述的一种基于SiC功率开关单元的全桥LLC谐振变换器，其特征在于，所述辅助二极管单元包括两个辅助二极管，所述驱动电阻R的一端以及辅助电容C的一端串联后连接至一个辅助二极管的正极以及另一个辅助二极管的负极，所述一个辅助二极...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄波，邵天骢，万明慧，李衡哲，王俊兴，孙宇晗，
申请(专利权)人：泰科天润半导体科技北京有限公司，
类型：发明
国别省市：