基于GaN器件的高效图腾柱无桥PFC电路设计

doi:10.16628/j.cnki.2095-8188.2023.11.007

电器与能效管理技术 ›› 2023, Vol. 0 ›› Issue (11): 41-47.doi: 10.16628/j.cnki.2095-8188.2023.11.007

基于GaN器件的高效图腾柱无桥PFC电路设计

郑润民, 李堂, 毛行奎

福州大学电气工程与自动化学院, 福建福州 350108

收稿日期:2023-03-24 出版日期:2023-11-30 发布日期:2023-12-22
作者简介:郑润民(1998—),男,硕士研究生,研究方向为电力电子变流技术。|李堂(1997—),男,硕士研究生,研究方向为新能源发电与储能技术。|毛行奎(1978—),男,教授,博士,研究方向为电力电子变流技术、新能源发电与储能技术和无线电能传输技术。
基金资助:
国家自然科学基金项目(51207025);国家自然科学基金项目(52107183)

High-Efficiency Totem Pole PFC Circuit Design Based on GaN Devices

ZHENG Runmin, LI Tang, MAO Xingkui

College of Electrical Engineering and Automation, Fuzhou University, Fuzhou 350108, China

Received:2023-03-24 Online:2023-11-30 Published:2023-12-22

摘要/Abstract

摘要：

GaN器件因其良好的开关性能被广泛应用于图腾柱无桥PFC电路。在电感电流临界连续模式(CRM)下,图腾柱无桥PFC通过合理的控制可以实现开关管全输入电压范围软开关。针对传统电流过零检测(ZCD)电路的控制方式存在控制时序复杂的问题,提出了一种基于电流状态检测电路的软开关控制策略,降低控制的复杂程度;采用交错并联结构降低EMI滤波器的设计压力;并利用解耦磁集成技术将两相电路的功率电感进行磁集成。最终,搭建了一台3 000 W基于GaN器件的交错并联图腾柱无桥PFC整流器,通过实验验证了所提电路设计方案的有效性。

关键词: GaN器件, 交错并联图腾柱无桥PFC, 集成电感, iTHD

Abstract:

GaN devices are widely used in totem-pole bridgeless PFC circuits due to their excellent switching performance.In the inductor current critical continuous mode (CRM), Totem-Pole bridgeless PFC can achieve soft switching of the switching tube across the full input voltage range through the reasonable control.In view of the problem of complex control timing for the control mode based on the traditional current zero-crossing detection (ZCD) circuit, a soft switching control strategy based on the current state detection circuit is proposed to reduce the complexity of control.The design pressure of the EMI filter is reduced by adopting an interleaved parallel structure, and the power inductances of the two-phase circuit are integrated by using decoupling magnetic integration technology.Finally, a 3 000 W GaN-based interleaved bridgeless totem-pole PFC rectifier is built.The effectiveness of the proposed circuit design scheme is verified by experiments.

Key words: GaN devices, interleaved totem-pole bridgeless PFC, integrated inductors, iTHD

中图分类号:

TM461

郑润民, 李堂, 毛行奎. 基于GaN器件的高效图腾柱无桥PFC电路设计[J]. 电器与能效管理技术, 2023, 0(11): 41-47.

ZHENG Runmin, LI Tang, MAO Xingkui. High-Efficiency Totem Pole PFC Circuit Design Based on GaN Devices[J]. LOW VOLTAGE APPARATUS, 2023, 0(11): 41-47.

图/表 15

图1

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参考文献 12

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类型	电感绕组自磁通密度	反向解耦集成中柱磁通密度	正向解耦集成中柱磁通密度
高频磁通密度峰峰值ΔB	0.157	0.116	0.201
磁通密度峰值B_max	0.144	0.189	0.101

参数	数值
输入电压u_ac/V	90~265,额定220
母线电压U_bus/V	400
输出功率P_o/W	3 000
功率电感L₁、L₂/μH	28
开关频率f_sw/kHz	65~600
快切换桥臂开关管VT1~VT4	GS66516T(GaN)
慢切换桥臂开关管VT5,VT6	IPT60R028G7(Si)

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