[发明专利]新能源发电系统用高压宽输入范围GaN电源模块

摘要

本发明涉及一种新能源发电系统用高压宽输入范围GaN电源模块，包括依次连接的输入滤波模块、GaN功率因数校正模块和GaN半桥LLC变换器模块；输入高压母线Vin+和输入高压地线Vin‑连接输入滤波模块，经过输入滤波模块得到输入高压母线DC，GaN功率因数校正模块将输入滤波模块得到的输入高压母线DC的输入进行功率因数校正，得到PFC高压母线Vbus和PFC低压母线Vgnd输出；GaN半桥LLC变换器模块对GaN功率因数校正模块的输出进行DC/DC变换，得到输出高压母线Vout+和输出低压母线Vout‑。本发明通过保证GaN器件工作在安全区域状态，从而实现功率模块的高频化和小型化，保证高密度功率集成和高效率，可以广泛应用于新能源发电系统中。

主权项

1.新能源发电系统用高压宽输入范围GaN电源模块，其特征是，包括：依次连接的输入滤波模块、GaN功率因数校正模块和GaN半桥LLC变换器模块；输入高压母线Vin+和输入高压地线Vin‑连接输入滤波模块，经过输入滤波模块得到输入高压母线DC，GaN功率因数校正模块将输入滤波模块得到的输入高压母线DC的输入进行功率因数校正，得到PFC高压母线Vbus和PFC低压母线Vgnd输出；GaN半桥LLC变换器模块对GaN功率因数校正模块的输出进行DC/DC变换，得到输出高压母线Vout+和输出低压母线Vout‑；所述GaN功率因数校正模块包括：PFC控制器(U1)的第一脉宽信号PWH输出端连接到第一栅驱动电路(H)的输入端，第一栅驱动电路(H)的输出端连接到限流电阻RH的左端，限流电阻RH的右端连接到GaN功率开关MH的栅端，GaN功率开关MH的源端连接到电感L1的右端VH和输出二极管D1的阳极，GaN功率开关MH的漏端与PFC低压母线Vgnd和GaN功率开关ML的漏端相连，同时还连接到第一检测电路(U2)的第一输入端口和输出电容C1的下端；PFC控制器(U1)的第二脉宽信号PWL输出端连接到第二栅驱动电路(L)的输入端，第二栅驱动电路(L)的输出端连接到限流电阻RL的左端，限流电阻RL的右端连接到GaN功率开关ML的栅端，GaN功率开关ML的源端连接到电感L2的右端VL和输出二极管D2的阳极，输出二极管D1和输出二极管D2的阴极相连，还连接PFC高压母线端Vbus、第一检测电路(U2)的第二输入端口和输出电容C1的上端；输入高压母线DC连接到电感L1和电感L2的左端；第一检测电路(U2)输出的对GaN功率因数校正模块的电压检测信号、电流检测信号和温度检测信号分别连接到第一反馈电路(U3)的输入端；第一反馈电路(U3)将GaN功率因数校正模块的电压检测信号、电流检测信号和温度检测信号分别处理为反馈信号，输出给PFC控制器(U1)；所述GaN半桥LLC变换器模块包括：PWM控制器(U4)的第三脉宽信号PWH1输出端连接到第三栅驱动电路(H1)的输入端，PWM控制器(U4)的第四脉宽信号PWL1输出端连接到第四栅驱动电路(L1)的输入端；第三栅驱动电路(H1)的输出端连接到限流电阻RH1的左端，限流电阻RH1的右端连接到GaN功率开关MHo的栅端，第三栅驱动电路(L1)的输出端连接到限流电阻RL1的左端，限流电阻RL1的右端连接到GaN功率开关MLo的栅端；GaN功率开关MHo的源端连接到PFC高压母线Vbus，GaN功率开关MHo的漏端为半桥输出HB，半桥输出HB连接到GaN功率开关MLo的漏端和谐振电容Cr的左端，谐振电容Cr的右端连接谐振电感Lr的左端，谐振电感Lr的右端连接变压器T输入高压端，GaN功率开关MLo的源端连接到PFC低压母线Vgnd和变压器T输入低压端；变压器T的第一输出端和输出二极管D3的阳极相连，变压器T的第四输出端和输出二极管D4的阳极相连，变压器T的第二、第三输出端同时连接到输出电容Co的下端、第二检测电路(U5)的第一输入端口和输出低压母线端Vout‑相连；输出二极管D3的阴极和输出二极管D4的阴极相连，并连接到输出电容Co的上端和输出电感Lo的左端；输出电感Lo的右端为第二检测电路(U5)的第二输入端口和输出高压母线端Vout+；第二检测电路(U5)输出的对GaN半桥LLC变换器模块的电压检测信号、电流检测信号和温度检测信号分别连接到第二反馈电路(U6)的输入端；第二反馈电路(U6)将GaN半桥LLC变换器模块的电压检测信号、电流检测信号和温度检测信号分别处理为反馈信号，输出给PWM控制器(U4)。