基于FPGA的GaN有源箝位反激式电源.pdf

从提供的文件信息来看，这是一篇关于电力电子技术领域的研究论文，主题集中在利用现场可编程门阵列（FPGA）技术，结合氮化镓（GaN）器件来设计并实现一种高效的有源箝位反激式电源。以下是该篇文档中涉及的关键知识点及其详细解释： 1. 反激式电路的应用与局限性： 反激式电路是一种常见的开关电源拓扑结构，广泛用于中低功率的电源系统中。它的优势在于结构简单、电气隔离、元件数量少，以及高可靠性。但是，反激式电路存在开关管关断时因变压器漏感而产生电压尖峰的问题，导致电压应力升高、开关损耗增加，从而降低电源的转换效率。 2. 无源箝位与有源箝位方案： 解决反激式电路电压尖峰问题的方法之一是在电路中加入箝位回路。无源箝位方案通常使用剩余电流动作保护器（RCD）作为箝位回路，通过箝位电阻消耗漏感能量，但这样会增加箝位回路的损耗，从而整体效率提升有限。而有源箝位方案则通过增加额外的开关管和箝位电容组成的有源箝位支路，可以有效地将漏感能量回馈给电源或负载，并通过控制元件的时间参数来减少开关损耗和电磁干扰（EMI），提高电源性能。 3. GaN器件在有源箝位电路中的应用： GaN器件以其宽禁带特性，如高电子迁移率、低导通损耗和快速开关能力，在电力电子领域被越来越重视。GaN器件在有源箝位反激式电路中的应用可以进一步优化电路性能，比如提高效率、减小体积重量、提升功率密度等。使用GaN集成驱动芯片还可以简化电路设计，因为这种芯片集成了GaN开关管、驱动电路和保护电路。 4. FPGA在电源设计中的作用： FPGA（现场可编程门阵列）是一种可以通过编程来配置的数字逻辑电路，具有极高的灵活性和并行处理能力。在电力电子技术中，FPGA可以用于实现高精度的定时控制、脉冲宽度调制（PWM）信号生成、故障检测与保护等功能。利用FPGA的这些特性，设计者能够实现更为复杂和优化的电源控制策略。 5. 设计实现与性能验证： 文档中提到了基于FPGA的GaN有源箝位反激式电源样机的设计和实现过程，通过实际制作样机并测试其性能来验证所提出的方案。45W样机的性能验证表明，这种设计能够有效地提升电源系统的性能，尤其在电压尖峰抑制、开关损耗降低、整体效率提高方面表现出色。 总结以上知识点，该篇论文探讨了通过结合FPGA技术与GaN器件的最新进展，改进传统的反激式电源设计，通过有源箝位方案优化电路性能，并实现了一种新型高效电源的原型设计。该研究不仅丰富了电力电子领域技术内容，也展示了FPGA和GaN器件在现代电源设计中的强大潜力。通过实证研究，验证了该方案的有效性，对提高电源系统的性能具有重要的理论和实际应用价值。