LLC 谐振变换器参数设计.doc

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1、LLC谐振变换器参数设计摘要：介绍了一种LLC谐振变换器参数的设计方法。基于高效率、高功率密度的要求，通过研究各参数对电路运行和性能所造成的影响，设计最优化的参数以满足变换器的设计要求，并给出实验结果。关键词：关键词：LLC谐振变换器；参数优化；高功率密度Abstract:ThedesignmethodofparametersinLLCresonantconverterisintroduced.Inordertosatisfythedemandofhighefficiencyandhighpow

2、erdensity,amethodofoptimizationofparametersinLLCresonantconverteriselaboratedonthebaseoftakinganinvestigationoftheeffectinoperationorperformancecausedbyvariationinparameters.Theexperimentalresultshaveverifiedthevalidityoftheproposeddesignandoptimizat

3、ionmethod.0引言   随着开关电源的发展，软开关技术得到了广泛的发展和应用。作为谐振型软开关拓扑的一个代表———LLC谐振变换器，其以功率密度高、开关损耗小等优点，已经成为近年来一个研究热点。如何最优设计LLC谐振变换器的参数,使其在软开关的条件下满足输入输出变化的要求就显得尤为重要。本文介绍了一种LLC谐振变换器的参数设计，并用实验结果验证了其有效性。1电路概述   图1为半桥结构的LLC谐振变换器的主电路拓扑，两个主开关S1和S2构成一个半桥结构，其驱动信号均是固定0.5占空比的互

4、补信号，串联谐振电感Ls、串联谐振电容Cs和并联谐振电感Lp构成LLC谐振网络。该谐振网络连接在半桥的中点和地之间，因此谐振电容Cs也起一个隔直的作用。在变压器副边，整流二极管D1和D2组成中间抽头的整流电路，整流二极管直接连接到输出电容Co上。当并联电感Lp上的电流iLp大于谐振槽路上的电流ip时，电流ip1大于零，原边向副边输送能量，同时并联电感两端电压被箝位，参与谐振的只有串联谐振电感Ls和串联谐振电容Cs，此时的谐振频率称为串联谐振频率，记作fs；当并联电感上的电流iLp在其上箝位电压的

5、作用下线性上升到与谐振槽路电流ip相同时，电流ip1减小到零，原边不再对副边传输能量，此时并联谐振电感Lp与串联谐振电感Ls、串联谐振电容Cs一起参与谐振，其谐振频率称为串并联谐振频率，记做fm。当开关管的工作频率小于fm时，变换器工作在容性状态；当开关频率处于fm和fs之间时，变换器工作在感性且副边整流二极管处于零电流关断状态；当开关频率大于fs时，零电流关断条件不再存在，LLC等同于一般的串联谐振电路。图1LLC谐振变换器的主电路2LLC变换器的建模和参数设计   开关管S1和S2互补导通，

6、在vAB上形成一方波电压；因为输出恒定，所以通过全波整流电路和中间抽头变压器等效到变压器原边同样形成一个方波电压，如图2所示为LLC谐振变换器的交流等效电路。   图2中RAC为电压型负载全波整流电路的交流等效负载图2LLC谐振变换器交流等效电路   用交流分析法可得到交流基波电压增益：   式中：k为系数，k=Lp/Ls；   fs为谐振频率   f为开关频率。   而Ein和Eo分别为输入、输出电压基波有效值，其值为      串联谐振电路品质因数经推导直流增益为      根据以上推导的直

7、流增益解析式，再采用Mathcad得到直流增益与工作频率的关系如图3所示。横坐标是开关频率与串联谐振频率的比值x越f/fs；纵坐标是直流增益。图3k值不变情况下,同Q值时的电压增益频率特性   首先设计匝比n，为使电路工作在串联谐振频率以下和串并联谐振频率以上这个范围内，将最高输入电压时的工作频率固定在串联谐振频率上。从图3中我们可以看到不同Q值的电压增益曲线在串联谐振频率点时汇聚在一点上，据此可以得到式（3），即      通过式（3）可以解出匝比n。然后进行k值的设计：由图4可以看到k值越大

8、，最小开关频率和谐振频率之间的比值（即x值）就越小，也就意味着当输入电压变化时，开关频率变化范围也就较大，这样不利于变压器的工作；而同时如果k值较小，即并联电感Lp相对较小，这样流过Lp的旁路电流也就较大，则并联电感上的损耗较大，影响传输效率，所以k值的选取存在着矛盾，不可走极端，要折衷选取。图4Q值不变情况下,同k值时的电压增益频率特性   在n和k值已确定的情况下，设计Q值，随着负载的变轻，Q值越来越小，所以只需计算出一个满足增益要求的Q最大值即可。3LLC变换器的参数优化   由于谐振槽路