超高頻 (30 MHz-300 MHz) 功率變換與系統集成研究

《超高頻 (30 MHz-300 MHz) 功率變換與系統集成研究》是依託南京航空航天大學，由張之梁擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：超高頻 (30 MHz-300 MHz) 功率變換與系統集成研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：張之梁
• 依託單位：南京航空航天大學

項目摘要

針對超高頻Ultra High Frequency (UHF, 30 MHz-300 MHz) 工作方式，本項目擬開展UHF功率變換與系統集成研究；系統地研究UHF拓撲、驅動、建模與設計最佳化、控制策略、系統架構與集成的科學問題。通過分析UHF基本功率單元，提出基於分布寄生參數的電路模型，實現UHF電路的解耦設計和最佳化；提出新型隔離UHF電路拓撲和諧振驅動電路，實現高效變換；提出UHF系統功率拓展架構與最優控制，實現UHF系統套用擴展和快速回響；研究UHF系統射頻EMI機理與傳統功率變換器EMI區別與聯繫，提出針對UHF系統EMI模型，解決UHF系統電磁兼容設計問題；提出UHF系統3D集成方法，大幅減小常規分立元件架構寄生參數，實現超高功率密度，提升可靠性。通過解決UHF關鍵技術，充分發揮新型GaN器件性能，實現頻率質的飛躍，推動未來高品質晶片電源性能質的提高。

結題摘要

根據目前VHF DC-DC功率變換器多為單管小功率（25W以下）且非隔離的現狀，提出VHF 隔離Push-Pull諧振DC-DC變換拓撲，能實現軟開關和功率範圍的提升。針對超高頻SEPIC諧振變換器提出了一種解耦的設計方法，提出了一種多層螺旋管型PCB嵌入式電感結構。針對10 MHz高頻隔離型Class Φ2 DC-DC諧振變換器的同步整流驅動提出了一種新型的抬壓自驅諧振驅動電路，保證變換器的動態回響速度和閉環效率。把氮化鎵器件套用到隔離型Class-Ф2同步整流諧振變換器中，並且提出了一種電壓跟隨控制，輸出電壓跟隨輸入電壓等比例變化，該變換器可作直流變壓器使用。針對MHz頻率下，eGaN控制管實現ZVS前的高反嚮導通壓降引起的高反嚮導通損耗，提出了多電平驅動。針對E類諧振變換器使用時序信號固定的傳統驅動方式時，輸入電壓變化產生的驅動時序不匹配問題，本文提出了一種數字控制自適應驅動方式。為了進一步提高VHF功率變換器功率密度，提出了一種將變壓器直接安裝到多層PCB板上的空心變壓器集成方法，這種空心變壓器能更好地避免電磁干擾，並且顯著降低了PCB板面積。提出了一種電流均勻分布的垂直螺旋空心變壓器結構，能夠有效減小交流導通損耗。發表各類學術論文共14篇，其中在IEEE Transaction Power Electronics上發表5篇，在電源學報發表1篇；申請發明專利4項；培養研究生12名，畢業9人，3人在讀。