【摘 要】
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相比硅基器件,GaN高临界电场使其具有低栅极电荷和低导通电阻特性,是其实现高效、高功率密度的主要因素,使GaN在诸如光伏、电动汽车等低于650V的高频应用中受到广泛关注。针对可应用于车载充电器（On Board Charger,OBC）系统中单级隔离型双向AC-DC变换器拓扑,文中结合GaN及其在该结构中应用的关键技术进行研究。针对单相图腾柱PFC与双向变换器构成的级联系统,通过桥臂复用,提出一种
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相比硅基器件,GaN高临界电场使其具有低栅极电荷和低导通电阻特性,是其实现高效、高功率密度的主要因素,使GaN在诸如光伏、电动汽车等低于650V的高频应用中受到广泛关注。针对可应用于车载充电器（On Board Charger,OBC）系统中单级隔离型双向AC-DC变换器拓扑,文中结合GaN及其在该结构中应用的关键技术进行研究。针对单相图腾柱PFC与双向变换器构成的级联系统,通过桥臂复用,提出一种单级隔离型双向AC-DC变换器,减少了开关管数目。采用中间母线电压按照绝对值正弦波变换的方案,母线无需中间级大电解电容稳压,实现了能量的单级变换,并有利于提高变换器的功率密度。研究了单级隔离型变换器的调制方案、工作模态及输出功率特性。结合调制方案推导了变换器各时刻电流时域表达式和各模态下功率传输特性,根据变换器各时刻电流时域表达式对变换器的软开关（ZVS）情况进行分析,并推导出可以实现最大范围软开关所需控制参数,基于优化的控制参数和闭环控制目标,提出了无需电感电流检测开环PFC闭环控制方案,一定程度上降低变换器成本和控制复杂度。在此基础上进行了主要器件和实验样机设计,分别完成了开关管参数选型、电感、漏感设计、变压器设计、整流后母线电容设计、直流侧母线电容设计,并借助Altium Designer 3D装配技术,搭建了基于模块化GaN半桥测试样机。最后,对所提拓扑的特性进行验证,主要对变换器的正向功率传输特性进行验证。并从GaN驱动方案设计、layout优化、反向导通压降抑制、散热处理等几个角度对GaN应用中的关键技术进行研究。
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