2020.31科学技术创新基于碳化硅器件的D C/D C变换器
汽车除霜器汪琴芳
(合肥通用职业技术学院信息管理工程系，安徽合肥230031)
摘要：基于碳化硅的D C/D C变换器选择了适用于高电压输入，低电压大电流输出变换器的高效率的电路拓扑，研究了基于碳化硅M O S管的驱动方法，及其开关特性对变换器性能的影响。改善了变压器、电感等磁性元件结构的优化设计方法，从而尽量减小变换器的体积，进而提高变换器的功率密度。对变压器绕组的布置进行了优化，从而减小了变压器漏感，提高变换器的整体性能，同时将同步整流技术应用到该项目，以开关管代替整流二极管，从而减小了整流电路的导通损耗，提高了变换器的整机效率。 关键词：碳化硅；变换器；电路拓扑；功率密度
中图分类号:TM41文献标识码:A文章编号:2096-4390(2020)31-0179-02
DC/DC变换器，是新能源电动汽车的核心部件之一，它将车载动力电池高压转换为直流低压，供车载电子设备使用，随着新能源汽车的快速发展，高效、小体积、大功率DC/DC变换器的研究越来越重要，车载动力电池的直流电压输出能到七百伏。同时我们国家采用三相380伏供电，无源整流之后的电压为500V左右，若采用APFC技术，得到的直流高压将达到650伏以上，那么后级DC/DC变换器的输入，就 陈皮酱
要采用耐高压器件。传统上高压器件一般采用IGBT，众所周知,IGBT的开关频率受到严重的限制，一般只能30k H z左右，这样会导致变压器电感等磁性元器件的体积偏大，无法做到转换器的小型化。
近年来，碳化硅MOS器件发展迅速，在高压场合应用越来越广泛。碳化硅MOS器件具有结电容小，开关速度快，开关损耗小等显著优点。其在DC/DC变换器中的应用值得研究。而DC/DC转换器模块电源随着其优势的凸显，在市场上占据了一席之地。市场有需求，厂家就有竞争。虽然国外的几大模块电源厂家技术较为先进，各方面性能也较为稳定，整体水平在不断地提升，但是不可否认，我国国内的整体水平还处于发展阶段，模块电源产品种类繁多，不同的厂家生产的产品在工作频率以及转换效率上有所不同。但是就质量和性能而言，还不够与国外的产品相提并论，这也是我国大力发展模块电源的国际背景和市场需求。
一款成功的模块电源的设计，需要从各方面进行优化折中，对设计人员要求较高。不仅要对开关电源的基础理论熟悉掌握，还要了解十分实际的使用技术，在原理设计上除了对电路拓扑的工作原理十分熟悉，还要保证在满足模块尺寸要求的前提下，最大可能实现高功率密度和高效率的要求。
1高压输入，低压大电流输出的高效率的电路拓扑以及碳化硅MO S管的驱动方法及驱动电路组成
主电路原边拓扑采用全桥变换器，副边拓扑采用全波整流电路。变换器采用移相控制方式，可以实现原边主开关管零电压开通，从而减小开关管的开关损耗。同时，为了抑制和消除副边整流管两端因谐
振电感和整流管结电容谐振所引起的电压尖峰和振荡，全桥变换器中加入了箝位二极管，并引入电流互感器复位电路来加快箝位二极管的电流复位速度，从而避免轻载时，箝位二极管因硬关断而损坏，进而提高变换器的可靠性。碳化硅专用驱动芯片还不常见，即使有也因其性能有限、价格不菲而较少使用，实际使用场合也出现各种方法和电路，如采用常规的驱动芯片加上外围电路形成一个负偏压的驱动单元，但在启动过程或保护重启后或多或少有一些问题。本项目拟采用隔离变压器加上二极管、稳压二极管、电容、电阻等简单的器件作为驱动单元，利用变压器交变输出的特性，确保碳化硅MOS管G 极的负压。
如图1所示,QA、QB、QC、QD为全桥原边主开关管;L r为谐振电感，作用为实现开关管的零电压开通；主变压器T1通过磁路传递能量至输出侧，同时实现了输入与输出侧电压隔离，输出电压由原边与副边线圈匝比确定;D1、D2为箝位二极管，消除寄生参数引起的电压尖峰和振荡，高压输入，低压大电流输出的高效率的电路拓扑，从而保证电源模块具有高的变换效率。
图1全桥移相变换器
电感电流波形比较:
立云购物商城2模块电源内变压器、电感等磁性元件结构的优化
研究模块电源内变压器、电感等磁性元件结构的优化设计方法，从而可以尽量减小模块电源的体积，进而提高变换器的功率密度，主变压器拟采用多个平面变压器模块原边串联，副边并联的结构。该结构可以实现各平面变压器模块原边绕组自动均压，副边各路输出自动均分负载电流，有利于降低各平面变压器模块的电流应力与热应力。由于各变压器模块采用的是平面磁
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基金项目:2019年度安徽高校自然科学研究项目(KJ2019A1052)。作者简介：汪琴芳(1975-)，女，硕士研究生，讲师，研究方向：高压电源。
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