《橋式功率開關變換器快尺度振盪分析方法研究與套用》是依託東南大學，由徐申擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：橋式功率開關變換器快尺度振盪分析方法研究與套用
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：徐申
- 依託單位：東南大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
橋式開關變換器是中大功率變換器中套用最為廣泛的一種結構。隨著功率密度的不斷提高，高頻及大電流成為必然的發展趨勢。在這個過程中，系統的快尺度振盪逐漸成為影響變換器穩定性及可靠性的重要問題。尤其在比較複雜的橋式變換器中，目前國際上還缺乏有效的分析方法及案例。本課題將在已有的研究基礎上，系統地研究面向橋式功率開關變換器的快尺度振盪分析方法。首先從橋式變換器的非線性關鍵器件入手，結合電源及直流電機驅動器等實際套用系統，研究系統中關鍵小寄生參數的提取方法，得到一種系統級非線性建模方法。然後研究非線性模型求解在時域及頻域轉化的數學問題，並結合分叉與混沌等理論，深入研究各類快尺度振盪現象，對其產生機理進行分析與歸納。最終能夠從理論上認識橋式變換器系統中快尺度振盪現象的本質，提出抑制方法，並在實際系統中驗證。
結題摘要
橋式功率開關變換器包括半橋與全橋電源、逆變器、功率放大器、電機驅動器等，在中大功率變換器中套用最為廣泛。近些年隨著開關器件性能的快速提高，變換器的高頻大電流化趨勢更加明顯，伴隨而來的系統快尺度振盪問題逐漸顯現，且嚴重影響變換器的性能及可靠性。本項目圍繞橋式變換器中的快尺度振盪問題，開展研究，並取得相關成果。 （1）研究了橋式功率開關變換器快尺度振盪的時域及頻域非線性建模方法。在頻域方面，研究了一種高頻環路建模方法，該方法在狀態空間平均模型的基礎上，引入邊頻效應的量化，可準確反映變換器1/2開關頻率處的高頻頻率特性，套用於實際電路樣機中得到了有效驗證。在時域形成了基於微分方程組的通用推導方法，具有解析解，並可採用數值方法分析敏感參數及判斷穩定性。 （2）對關鍵開關器件的關鍵參數進行了提取與系統建模。主要有功率二極體，功率MOS管、IGBT、SiC MOS管等，研究了這些器件基本結構及關鍵寄生電容、電感與電阻等對系統快尺度振盪貢獻較大的參數。 （3）對變換器板級及磁性元件的關鍵微小寄生參數進行了提取與建模。主要有變壓器、電感、板級走線等。 （4）綜合器件與板級等模型，建立了半橋電源、移相全橋電源、同步整流Buck電源及開關磁阻電機驅動器等系統模型，可重現部分系統快尺度振盪現象，並分析了關鍵參數變化對系統振盪的影響。 （5）基於理論分析，得到一系列快尺度振盪抑制方法，並在實際樣機中得到驗證。在200W諧振半橋變換器中，計算了最優死區時間，大幅減小寄生振盪，開關損耗降低25%。在1500W移相全橋變換器中，分析了輸出二極體和地線高頻振盪的產生原因，加入RC吸收電路，並對超前與滯後臂的布局進行最佳化，減小振盪峰值50%以上，整體效率提高0.5%-1%。在同步整流Buck變換器中，分析了動態調節時所產生的高頻振盪尖峰，採用環路參數補償消除了該振盪；在PDP顯示驅動系統上，分析了IGBT橋式驅動電路的振蕩產生機理，通過最佳化設計降低振盪尖峰60%；在1500W開關磁阻電機驅動器中，分析了MOS管開關振盪對採樣電路的影響，通過布板及控制的最佳化，消除了該振盪干擾，使電流採樣精度達到5%以內。 本項目超額完成了立項指標，累計發表SCI論文9篇；參加境外國際學術會議3人次；申請中國發明專利8項，其中授權中國發明專利4項；協助培養博士研究生5名、碩士研究生4名。
