CN219420594U - 一种基于GaN器件的磁集成双频DC-DC变换器 - Google Patents

一种基于GaN器件的磁集成双频DC-DC变换器 Download PDF

Info

Publication number
CN219420594U
CN219420594U CN202320830997.8U CN202320830997U CN219420594U CN 219420594 U CN219420594 U CN 219420594U CN 202320830997 U CN202320830997 U CN 202320830997U CN 219420594 U CN219420594 U CN 219420594U
Authority
CN
China
Prior art keywords
frequency
gallium nitride
switching device
low
magnetic core
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202320830997.8U
Other languages
English (en)
Inventor
高圣伟
李永宵
牛萍娟
田金锐
刘磊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tianjin Polytechnic University
Original Assignee
Tianjin Polytechnic University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tianjin Polytechnic University filed Critical Tianjin Polytechnic University
Priority to CN202320830997.8U priority Critical patent/CN219420594U/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN219420594U publication Critical patent/CN219420594U/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

本实用新型提供一种基于GaN器件的磁集成双频DC‑DC变换器，其特征在于包括输入直流电源、输入滤波电容、氮化镓开关管、滤波电感以及输出电容和负载电阻，其中集成部分主要将两个电感集成在一副磁芯当中，使整个变换器仅含有一个整体的磁性元件，解决了现如今磁性元件的体积和重量占整机比例较大的问题，便于实际设计和应用，提高了变换器的功率密度，同时该集成方法可以使磁芯磁通密度较为均匀，增强了磁芯利用率，可以有效降低成本。

Description

一种基于GaN器件的磁集成双频DC-DC变换器
技术领域
本实用新型涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种基于GaN器件的磁集成双频DC-DC变换器。
背景技术
随着电力电子技术的不断跃进，高频化、高效率、高功率密度已成为人们追求的目标，由于双频DC-DC变换器中存在一个高频单元和一个低频单元，因此其具有动态响应速度快，效率高等优良特性，在人们生产、生活当中被广泛应用。
但随着磁性元件以及功率开关管的增加，也引起了变换器的体积、重量、开关损耗增加等问题，从而导致了变换器功率密度大大降低的问题出现；磁性元件作为变换器的核心元件，占据变换器体积和重量的30％-40％，对变换器的正常运行起着不可替代的作用，为了克服这一问题，通过引入磁集成技术可以有效降低磁元件的体积、重量、降低输出电流纹波等，以此大大提高了变换器的功率密度。
实用新型内容
根据以上技术问题，本实用新型提供一种通过对变换器磁性元件的设计与分析，将高低频电感集成变换器上在一副EE磁芯中，在不影响双频变换器的正常运行条件下，同时提高了输出功率，减小了变换器体积和重量，提高变换器功率密度的一种基于GaN器件的磁集成双频DC-DC变换器。
本实用新型提供一种基于GaN器件的磁集成双频DC-DC变换器，其特征在于包括直流输入电压VIN、输入滤波电容C1、高频降压单元、低频降压单元、高频滤波电感LH、低频滤波电感LL、输出滤波电容C2以及负载电阻R0；所述高频降压单元和直流输入电压VIN、输入滤波电容C1以及输出滤波电容C2、输出负载电阻R0连接，所述低频降压单元和直流输入电压VIN、输入滤波电容C1以及输出滤波电容C2、输出负载电阻R0连接。
本实用新型提供一种基于GaN器件的磁集成双频DC-DC变换器，其特征在于还包括磁芯，所述磁芯为“EE”型，所述高频滤波电感LH绕制在“EE”型磁芯中柱III的上半部分，其匝数为L22，所述低频滤波电感LL中绕组L11绕制在“EE”型磁芯侧柱I上，所述低频滤波电感LL中绕组L12绕制在“EE”型磁芯中柱III的下半部分，所述低频滤波电感LL中绕组L13绕制在“EE”型磁芯侧柱II上，其匝数为L11+L12+L13，所述“EE”型磁芯的三个磁柱均开以相同气隙，所述磁芯、高频滤波电感LH以及低频滤波电感LL组成为集成结构。
所述高频降压单元包括氮化镓开关器件Q1、氮化镓开关器件Q4及高频滤波电感LH，所述氮化镓开关器件Q1的漏极与直流输入电压VIN的正极相连接，所述氮化镓开关器件Q1的源极与高频滤波电感LH的正极相连接；所述氮化镓开关器件Q4的漏极与氮化镓开关器件Q1的源极相连接，所述氮化镓开关器件Q4的源极与直流输入电压VIN的负极相连接，所述高频滤波电感LH的负极与所述输出滤波电容C2的正极相连接。
所述低频降压单元包括氮化镓开关器件Q2、氮化镓开关器件Q3及低频滤波电感LL，所述氮化镓开关器件Q2的漏极与直流输入电压VIN的正极相连接，所述氮化镓开关器件Q2的源极与氮化镓开关器件Q3的漏极相连接，所述氮化镓开关器件Q3的源极与直流输入电压VIN的负极相连接，所述低频滤波电感LL的负极与高频滤波电感LH的正极相连接。
所述高频降压单元和低频降压单元均采用峰值电流控制的方法，高频部分Q1和Q4互补导通，低频单元Q2和Q3互补导通。
所述高频滤波电感LH所在端口为1和1’,所述低频滤波电感LL所在端口为2和2’，所述集成结构是将高低频电感在一副“EE”磁芯当中。
本实用新型的有益效果为：本实用新型为一种基于GaN器件的磁集成双频DC-DC变换器，在功率开关器件上采用氮化镓高电子迁移率晶体管作为第三代宽禁带半导体器件，具有变换效率高，工作频率高等一系列优势，能一定程度上减小开关损耗，更进一步提高变换器的功率密度；通过对变换器磁性元件的设计与分析，将高低频电感集成变换器上在一副EE磁芯中，在不影响双频变换器的正常运行条件下，同时提高了输出功率，减小了变换器体积和重量，提高了变换器的功率密度；集成结构主要将两个电感集成在一副磁芯当中，使整个变换器仅含有一个整体的磁性元件，解决了现如今磁性元件的体积和重量占整机比例较大的问题，便于实际设计和应用，提高了变换器的功率密度。同时该集成方法可以使磁芯磁通密度较为均匀，增强了磁芯利用率，可以有效降低成本。
附图说明
图1为本实用新型的磁集成双频DC-DC变换器示意图；
图2为本实用新型磁集成结构示意图；
图3为本实用新型磁集成结构的磁通密度分布图；
图4为本实用新型磁集成结构的磁通矢量图。
具体实施方式
实施例1
下面将结合本实用新型的附图，对本实用新型的技术方案进行清楚完整地描述。
如图1所示，本实用新型提供一种基于GaN器件的磁集成双频DC-DC变换器，其特征在于包括直流输入电压VIN、输入滤波电容C1、高频降压单元、低频降压单元、高频滤波电感LH、低频滤波电感LL、输出滤波电容C2以及负载电阻R0；高频降压单元和直流输入电压VIN、输入滤波电容C1以及输出滤波电容C2、输出负载电阻R0连接，低频降压单元和直流输入电压VIN、输入滤波电容C1以及输出滤波电容C2、输出负载电阻R0连接。
本实用新型提供一种基于GaN器件的磁集成双频DC-DC变换器，其特征在于还包括磁芯，磁芯为“EE”型，高频滤波电感LH绕制在“EE”型磁芯中柱III的上半部分，其匝数为L22，低频滤波电感LL中绕组L11绕制在“EE”型磁芯侧柱I上，低频滤波电感LL中绕组L12绕制在“EE”型磁芯中柱III的下半部分，低频滤波电感LL中绕组L13绕制在“EE”型磁芯侧柱II上，其匝数为L11+L12+L13，“EE”型磁芯的三个磁柱均开以相同气隙，磁芯、高频滤波电感LH以及低频滤波电感LL组成为集成结构。
高频降压单元包括氮化镓开关器件Q1、氮化镓开关器件Q4及高频滤波电感LH，氮化镓开关器件Q1的漏极与直流输入电压VIN的正极相连接，氮化镓开关器件Q1的源极与高频滤波电感LH的正极相连接；氮化镓开关器件Q4的漏极与氮化镓开关器件Q1的源极相连接，氮化镓开关器件Q4的源极与直流输入电压VIN的负极相连接，高频滤波电感LH的负极与所述输出滤波电容C2的正极相连接。
低频降压单元包括氮化镓开关器件Q2、氮化镓开关器件Q3及低频滤波电感LL，氮化镓开关器件Q2的漏极与直流输入电压VIN的正极相连接，氮化镓开关器件Q2的源极与氮化镓开关器件Q3的漏极相连接，氮化镓开关器件Q3的源极与直流输入电压VIN的负极相连接，低频滤波电感LL的负极与高频滤波电感LH的正极相连接。
高频降压单元和低频降压单元均采用峰值电流控制的方法，高频部分Q1和Q4互补导通，低频单元Q2和Q3互补导通。
高频滤波电感LH所在端口为1和1’,所述低频滤波电感LL所在端口为2和2’，所述集成结构是将高低频电感在一副“EE”磁芯当中。
图2为磁集成结构的绕制方式，由高频滤波电感LH和低频滤波电感LL组成，高频滤波电感LH绕制在“EE”型磁芯中柱III的上半部分，其匝数为L22；低频滤波电感LL中绕组L11绕制在磁芯侧柱I，低频滤波电感LL中绕组L12绕制在磁芯中柱III的下半部分，低频滤波电感LL中绕组L13绕制在磁芯侧柱II上，其匝数为L11+L12+L13。所述集成结构磁件的磁芯三个磁柱均开以相同气隙，其中低频滤波电感LL的第一段绕组L11在磁芯侧柱I上产生的磁通方向向下，第二段绕组L12在磁芯中柱III产生的磁通方向向上，第三段绕组L13在磁芯侧柱II上产生的磁通方向向上；高频滤波电感LH在磁芯中柱III产生的磁通方向向上，高低频电感通过绕组磁通相互抵消，二者在一副磁芯上互不影响，实现了两电感之间的相互解耦。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本实用新型提到的各个部件为现有领域常见技术，本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种基于GaN器件的磁集成双频DC-DC变换器，其特征在于包括直流输入电压VIN、输入滤波电容C1、高频降压单元、低频降压单元、高频滤波电感LH、低频滤波电感LL、输出滤波电容C2以及负载电阻R0，所述高频降压单元和直流输入电压VIN、输入滤波电容C1以及输出滤波电容C2、负载电阻R0连接，所述低频降压单元和直流输入电压VIN、输入滤波电容C1以及输出滤波电容C2、负载电阻R0连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于GaN器件的磁集成双频DC-DC变换器，其特征在于还包括磁芯，所述磁芯为“EE”型，所述高频滤波电感LH绕制在“EE”型磁芯中柱III的上半部分，其匝数为L22，所述低频滤波电感LL中绕组L11绕制在“EE”型磁芯侧柱I上，所述低频滤波电感LL中绕组L12绕制在“EE”型磁芯中柱III的下半部分，所述低频滤波电感LL中绕组L13绕制在“EE”型磁芯侧柱II上，其匝数为L11+L12+L13，所述“EE”型磁芯的三个磁柱均开以相同气隙，所述磁芯、高频滤波电感LH以及低频滤波电感LL组成为集成结构。
3.根据权利要求2所述的一种基于GaN器件的磁集成双频DC-DC变换器，其特征在于所述高频降压单元包括氮化镓开关器件Q1、氮化镓开关器件Q4及高频滤波电感LH，所述氮化镓开关器件Q1的漏极与直流输入电压VIN的正极相连接，所述氮化镓开关器件Q1的源极与高频滤波电感LH的正极相连接，所述氮化镓开关器件Q4的漏极与氮化镓开关器件Q1的源极相连接，所述氮化镓开关器件Q4的源极与直流输入电压VIN的负极相连接，所述高频滤波电感LH的负极与所述输出滤波电容C2的正极相连接。
4.根据权利要求3所述的一种基于GaN器件的磁集成双频DC-DC变换器，其特征在于所述低频降压单元包括氮化镓开关器件Q2、氮化镓开关器件Q3及低频滤波电感LL，所述氮化镓开关器件Q2的漏极与直流输入电压VIN的正极相连接，所述氮化镓开关器件Q2的源极与氮化镓开关器件Q3的漏极相连接，所述氮化镓开关器件Q3的源极与直流输入电压VIN的负极相连接，所述低频滤波电感LL的负极与高频滤波电感LH的正极相连接。
CN202320830997.8U 2023-04-14 2023-04-14 一种基于GaN器件的磁集成双频DC-DC变换器 Active CN219420594U (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202320830997.8U CN219420594U (zh) 2023-04-14 2023-04-14 一种基于GaN器件的磁集成双频DC-DC变换器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202320830997.8U CN219420594U (zh) 2023-04-14 2023-04-14 一种基于GaN器件的磁集成双频DC-DC变换器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN219420594U true CN219420594U (zh) 2023-07-25

Family

ID=87230529

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202320830997.8U Active CN219420594U (zh) 2023-04-14 2023-04-14 一种基于GaN器件的磁集成双频DC-DC变换器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN219420594U (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107994789A (zh) 一种基于无桥pfc和llc谐振的隔离型集成式ac-dc变换器
CN2917083Y (zh) 正激－反激合并式dc/dc隔离变换器
CN211656002U (zh) 一种谐振无桥升压功率因数校正ac-dc变换器
CN111525809B (zh) 一种输出电压可调的高频混合型直流变换器
CN114629349B (zh) 基于开关电感的改进型高频高升压比sepic变换器
CN110277912B (zh) 一种直流升压变换电路
CN111628656A (zh) 一种磁集成全桥llc谐振变换器
CN107395015A (zh) 一种基于耦合电感的低纹波软开关同步整流Buck变换器
CN108199579A (zh) 一种带耦合电感的高变比软开关dc-dc降压变换器
CN111010044A (zh) 一种磁集成双有源桥变换器
CN114123763A (zh) 一种低纹波软开关Cuk变换器电路及调制方法
CN219420594U (zh) 一种基于GaN器件的磁集成双频DC-DC变换器
CN109617407A (zh) 一种升压式串并联全谐振开关电容变换器
CN104300780B (zh) 大功率非隔离dc/dc软开关电路
CN112260571A (zh) 一种具有软开关特性的高频电源逆变系统
CN201854188U (zh) 一种简单高效的直流/直流正反激变换器
CN109546861B (zh) 一种llc谐振腔电压转换率动态调节的方法
CN116317583A (zh) 一种基于GaN器件的磁集成双频DC-DC变换器
CN211508902U (zh) 一种磁集成双频变换器
CN111030451A (zh) 一种磁集成双频变换器
CN108768178A (zh) 一种宽电压输入的llc谐振半桥电路
CN102664527A (zh) 一种大电流开关电源及大电流开关电源系统
CN202737745U (zh) 一种大电流开关电源及大电流开关电源系统
CN202488349U (zh) 一种直流转换电路及隔离变换器
CN217335438U (zh) 一种高输出电流dc/dc变换器

Legal Events

Date Code Title Description
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant