2 LLC谐振全桥变换器拓扑及工作机理

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1、2LLC谐振全桥变换器拓扑及工作机理   全桥变换器由于具有较高功率密度而广泛应用于中、大功率场合，其主电路拓扑如图1所示。该电路主要包括初级4个功率MOSFET、谐振电感Lr、谐振电容Cr、励磁电感Lm，次级则由整流二极管VD5和VD6以及输出滤波电容Co组成。   可见，拓扑中次级没有滤波电感，整流二极管无需缓冲吸收网络，与传统的全桥拓扑相比，其元件大为减少，且变换器的磁性元件能很容易集成到一个磁芯，主变压器的漏感和Lm也能被利用。   LLC谐振全桥变换器包括如图2所示的3个工作区域：其中区域1，2的主开关管工作在ZVS状态，而区域3的主开关管工作在ZCS状态。对于选用MOSFET作为主

2、开关管的高频LLC变换器而言，工作在ZVS条件下其开关损耗最小，工作状态较佳，故其所需的工作区域为增益曲线的右侧(其中负斜率表示初级MOSFET工作在ZVS模式)。当LLC变换器工作在如图2所示的ωs=ωr状态下时，其增益由变压器的匝比决定，从效率和EMI的角度而言，在这个工作点状态下由于正弦初级电流、MOSFET和次级整流二极管都得到最优化利用，故为最佳工作点，但是这只能在特定的工作电压以及负载条件下得到。LLC谐振全桥变换器存在两个谐振频率，一个为Lr与Cr的谐振频率：      由于该电路采用PFM控制模式，所以变换器工作频率fs既可以工作在fs≥fr的频率范围内，也可以工作在fm

3、

4、和VT3的ZVS开通创造了条件。变压器初级电压极性切换，VD6开始导通，由于此前VD5电流归零，故没有反向恢复。Lm重新被次级输出电压箝位，退出谐振过程。   模态4(t3～t4)在t3时刻，VT2和VT3开通，VD6继续导通向负载提供能量。Lm仍被输出电压箝位不参加谐振，故iLm线性下降。   模态5(t4～t5)在t4时刻，iLm又重新等于ir，VD5，VD6的电流为零，次级输出电压对Lm不再箝位，Lm开始参与谐振，Cr被反向恒流充电，其电压线性升高。   模态6(t5～t6)在t5时刻，VT2和VT3关断，VD1和VD4导通续流，从而为VT1和VT4的ZVS开通创造了条件。变压器初级电压

5、极性切换，VD5开始导通，由于此前VD6电流归零故没有反向恢复。Lm重新被次级输出电压箝位，退出谐振过程。   以上就是LLC变换器工作在fm

6、二极管导通压降，选用IXYS60CPQ150快速恢复二极管，其典型值为1．2V，计算得N=7．92。   2、计算最高、最低输入电压时增益Gmin，Gmax：   Gmin=2n(Uo+Ud)／Uinmax，Gmax=2n(Uo+Ud)／Uinmin(3)   Uinmin，Uinmax分别为输入直流电压的最小值和最大值，分别为320V和420V。计算得到Gmin=0．927，Gmax=1．22。   3、计算负载电阻RL和反射电阻RAC：      计算得到RL=1．15Ω，RAC=58．5Ω。   4、计算品质因数Q，Cr，Lr，Lm为：      式中：k值为Lm和Lr的比值。   对于

7、LLC谐振变换器而言，满载时Q和k的恰当选择是设计的关键，将直接影响变换器的工作频率范围、谐振回路中循环能量大小及转换效率，k值一般在2．5～6之间，设计中k取4。计算得到Q=0．463，Cr=58nF，Lr=43μH，Lm=172μH。   至此，变换器主电路关键参数设计完毕。为保证输出功率留有一定的裕量，主变压器选用PC40材质的EE65磁芯，初级功率管则选用STSTW43NM60ND，次级整