Based on the Ultra High Frequency (UHF, 30 MHz-300 MHz), the UHF power conversion and system integration will be investigated thoroughly. The key research points include the topologies, FET drivers, modeling for optimal design, control strategy, system architecture and integration. Considering the parasitics of the circuit, the decoupling design method is proposed based on the fundamental UHF topology. A new family of non-isolated UHF converters and the high efficiency/ high reliablity drivers are proposed. In order to extend the power application range, a new UHF system architecture and optimal control is proposed to achieve fast dynamic resoponse. A new methedology of the EMI modeling and design are also studied over the conventional design to solve the problem of the system EMI design. The 3D integration of the whole system is proposed to reduce the parasitics and realize very high power density and high reliability. Compared to conventioal converters, the proposed project of the UHF leads to a significant performance improvement of the overall conversion system taking advantage of GaN devices, and lays the foundation for the aerospace, military applications etc.
针对超高频Ultra High Frequency (UHF, 30 MHz-300 MHz) 工作方式,本项目拟开展UHF功率变换与系统集成研究;系统地研究UHF拓扑、驱动、建模与设计优化、控制策略、系统架构与集成的科学问题。通过分析UHF基本功率单元,提出基于分布寄生参数的电路模型,实现UHF电路的解耦设计和优化;提出新型隔离UHF电路拓扑和谐振驱动电路,实现高效变换;提出UHF系统功率拓展架构与最优控制,实现UHF系统应用扩展和快速响应;研究UHF系统射频EMI机理与传统功率变换器EMI区别与联系,提出针对UHF系统EMI模型,解决UHF系统电磁兼容设计问题;提出UHF系统3D集成方法,大幅减小常规分立元件架构寄生参数,实现超高功率密度,提升可靠性。通过解决UHF关键技术,充分发挥新型GaN器件性能,实现频率"质的飞跃",推动未来高品质芯片电源性能"质的提高"。
根据目前VHF DC-DC功率变换器多为单管小功率(25W以下)且非隔离的现状,提出VHF 隔离Push-Pull谐振DC-DC变换拓扑,能实现软开关和功率范围的提升。针对超高频SEPIC谐振变换器提出了一种解耦的设计方法,提出了一种多层螺旋管型PCB嵌入式电感结构。针对10 MHz高频隔离型Class Φ2 DC-DC谐振变换器的同步整流驱动提出了一种新型的抬压自驱谐振驱动电路,保证变换器的动态响应速度和闭环效率。把氮化镓器件应用到隔离型Class-Ф2同步整流谐振变换器中,并且提出了一种电压跟随控制,输出电压跟随输入电压等比例变化,该变换器可作直流变压器使用。针对MHz频率下,eGaN控制管实现ZVS前的高反向导通压降引起的高反向导通损耗,提出了多电平驱动。针对E类谐振变换器使用时序信号固定的传统驱动方式时,输入电压变化产生的驱动时序不匹配问题,本文提出了一种数字控制自适应驱动方式。为了进一步提高VHF功率变换器功率密度,提出了一种将变压器直接安装到多层PCB板上的空心变压器集成方法,这种空心变压器能更好地避免电磁干扰,并且显著降低了PCB板面积。提出了一种电流均匀分布的垂直螺旋空心变压器结构,能够有效减小交流导通损耗。发表各类学术论文共14篇,其中在IEEE Transaction Power Electronics上发表5篇,在电源学报发表1篇;申请发明专利4项;培养研究生12名,毕业9人,3人在读。
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数据更新时间:2023-05-31
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