Research and design on 1KW high power density LLC resonant converter based on gan device

With the development of economy and industry in the world, the demand and requirement of power supply is increasing continuously in the fields of national defense, new energy, electric vehicle and communication. The high-efficiency and high power density is the development goal of power supply. By comparing and analyzing, LLC resonant converter can achieve soft switching in all load, reduce switching loss and high efficiency of switch, and has been widely concerned in power topology field. As an emerging power device in recent years, GaN devices have higher switching speed and lower state loss than Si devices. The use of GaN devices is conducive to further improving the efficiency and power density of power converters. The GaN device has become a research hotspot in the field of power supply. The application of GaN to the LLC resonant converter can further improve the power density, efficiency and other performance parameters of the converter. The paper introduces the working state and the switching characteristics of LLC resonant converter. In this paper, the gain characteristics are analyzed and summarized based on fundamental analysis and MATLAB software. The suitable working state of LLC resonant converter is established. The selection and analysis of the switch tube is made. The main parameters of the resonant converter are designed, calculated and simulated. The main loss of the circuit is calculated. The structure of the converter is designed and an optimized structure scheme is put forward. Several common heat dissipation structures and an optimized structure are compared based on the FloTHERM (thermal simulation software). The details of designing the converter, such as the influence of drive signals on GaN devices, controller, isolation chip, drive chip selection, PCB wiring and other issues are further elaborated and optimized. Finally, the design of the experimental prototype and the efficiency curve of the prototype are given. The experimental results show that the soft switch is finished in the converter switch tube. The input voltage is 270V. The output voltage is stable at 28V, which meets the design target. The power is 1kW. The efficiency of the prototype is above 93%, which the peak efficiency is 97.6%. The design and optimization on the high power density LLC resonant converter based on GaN device are verified by experiment.

Con lo sviluppo dell'economia e dell'industria, nel mondo, la domanda e l'obbligo di approvvigionamento di energia è in costante aumento nel settore della difesa nazionale, nuove forme di energia, i veicoli elettrici e di comunicazione. La comunicazione e la forte densità di potenza sono l'obiettivo dello sviluppo dell'alimentatore. Attraverso il confronto e l' analisi, LLC convertitore può raggiungere morbido passaggio risonanza in tutto il carico, ridurre la perdita e l'elevata efficienza di passaggio, ed è stato ampiamente interessato al potere la tipologia del campo. Come un dispositivo di potenza emergente negli ultimi anni, Gan è dei dispositivi più veloci di commutazione e la perdita di stato inferiore e dispositivi. L 'uso di GaN dispositivi è favorevole ad ulteriori miglioramento dell'efficienza e la densità di potenza dei convertitori di energia. Il dispositivo è diventato un hotspot - ricerca nel campo dell'energia. L'applicazione di GaN alla LLC risonante convertitore può migliorare ulteriormente la densità di potenza, di efficienza e di altri parametri di rendimento del convertitore. Ma al momento, ci sono pochi studi correlati in patria e all'estero. Il documento introduce il funzionamento dello stato e il passaggio alle caratteristiche del convertitore LLC risonante. In questo documento, il guadagno delle caratteristiche sono analizzati e sintetizzati sulla base di un'analisi basilare e matlab software. L'appropriato stato LLC risonante convertitore è stabilita. La selezione e l'analisi dell'interruttore, è fatta. I principali parametri del convertitore di risonanza sono progettati, calcolati e simulati. Molti comuni strutture e una struttura ottimale dissipazione di calore rispetto flotherm (termica basata sul software di simulazione). I dettagli di progettazione del convertitore, come l'influenza di guidare i segnali in GaN dispositivi di isolamento, chip, guido chip selezione, il pcb fili e altre questioni sono ulteriormente elaborati e ottimizzati. Infine, la progettazione del prototipo sperimentale e l'efficienza della curva del prototipo viene dato. Dai dati sperimentali mostrando che la soft switch è finita nel convertitore - tubo. La tensione d'ingresso è 270V. L 'output di tensione è stabile a 28V, che si riunisce il progetto target. Il potere è 1kw. L'efficienza del prototipo è superiore al 93%, di cui la massima efficienza è 97.6%. La progettazione e ottimizzazione per l'alta densità di potenza sonora sulla base di GaN dispositivo convertitore LLC è verificata dall'esperimento.