半桥LLC谐振变换器工作原理分析及参数设计.docx

半桥LLC谐振变换器工作原理分析及参数设计

张平

摘要：分析了半桥式LLC谐振变换器工作原理，给出了半桥式LLC谐振变换器参数设计方法。
关键词：半桥LLC谐振变换器;参数计算;设计举例。
Abstract： the working principle of half-bridge LLC system is analyzed， and the parameter design method of half-bridge LLC resonant converter is presented
Keywords： half-bridge LLC resonant converter; Parameter calculation; Design examples.
LLC谐振变换器能够在全负载范围内实现主开关管的ZVS和二次侧整流二极管的ZCS，满足了DC/DC变换器的低损耗高效率要求，在应用中越来越受欢迎。本文以我公司正在研制的DC24/60电源模块所应用的半桥式LLC谐振变换器为例，介绍了半桥式LLC谐振变换器的工作原理和参数设计流程。
1、半桥式LLC变换器工作原理分析
本文研究的主要是半桥式LLC谐振变换器，如图1所示，Cr为谐振电容，Lr为谐振电感，Lm为 励磁电感，D1、D2为变压器副边侧整流二极管。
半桥LLC谐振变换器具有两个特征频率【1】：
在不同频率范围内，半桥LLC谐振变换器呈现不同的工作特性。当谐振频率fs<fm时，输入阻抗zin呈现容性，变换器不能实现zvs，而当fm<fs<fr和fr<fs时，输入阻抗zin呈现感性，可实现zvs。当fr<fs时，整流二极管上的电流呈连续状态，在二极管关断瞬间流过的电流不为零，会产生反向恢复损耗。本文讨论fm<fs< p>
t0时刻，下开关管Q2关断， Q2导通时已将电容C2电压钳位于零，所以Q2可以实现ZVS关断，谐振电流Ir<0，此谐振电流给C1放电，同时给C2充电，当C1两端电压下降至零时，Q1的体二极管导通，为Q1的零电压开通创造条件。
t1时刻，Q1驱动导通，谐振电流仍为Ir<0，Lr和Cr谐振电流继续上升，过零之后谐振电流经Q1正向增加。t2时刻到来之前，由于副边二极管导通，故励磁电感Lm被输出电压钳位，其电流线性增加。
由于fs< p>
t3时刻，关断Q1，Q1实现零电压关断，接下来Q2的导通关断与Q1相似。
当变换器的频率fs在fm<fs<fr范围内时，半桥llc谐振变换器的功率管能实现zvs，并且流过整流二极管的电流是断续的，自然关断，不存在反向恢复时间，因此同时实现了输出侧整流二极管的zcs，降低了二极管上的关断损耗。因此宜取变换器的频率fs的工作范围为fm<fs< p>
2、LLC谐振变换器参数设计
开关管的ZVS和整流二极管的ZCS对LLC变换器的效率影响较大。要实现开关管的ZVS，励磁电感的电流必须在死区时间内将开关管的结電容放电完毕，电压降到零。同时，对需要关断开关管结电容完成充电。因此，励磁电感电流需满足【2】：
3.2 试验结果
经试制调试，最终Cr取140 nF，Lr取78μH，Lm取250μH，测试开关管上管电压波形与驱动电压波形如图4所示。从图中可以看出，开关管两端电压完全降到零，驱动电压才开始上升，实现了零电压导通。实现了设计目标。
4 结束语
通过以上的原理分析和设计举例，我们可以看出此参数设计方法是可行的，为半桥式LLC谐振变换器的设计提供了便利。
参考文献：
[1]南文锐，半桥LLC谐振电路设计与研究。广州，广东工业大学，2017
[2]张立新，王旭东，李鑫，姜润泽，基于半桥LLC谐振式通信电源的设计。电气传动，2016.
[3]刘一希，基于全数字控制LLC谐振变换器的电动汽车电池充电器研究。南京：南京航空航天大学，2014.
（作者单位：西安工业研究院天津分院）</fs<fr范围内时，半桥llc谐振变换器的功率管能实现zvs，并且流过整流二极管的电流是断续的，自然关断，不存在反向恢复时间，因此同时实现了输出侧整流二极管的zcs，降低了二极管上的关断损耗。因此宜取变换器的频率fs的工作范围为fm<fs</fm时，输入阻抗zin呈现容性，变换器不能实现zvs，而当fm<fs<fr和fr<fs时，输入阻抗zin呈现感性，可实现zvs。当fr<fs时，整流二极管上的电流呈连续状态，在二极管关断瞬间流过的电流不为零，会产生反向恢复损耗。本文讨论fm<fs
名城绘2019年8期
名城绘的其它文章
高职“机床夹具设计与应用”教学实例
对建筑设计中节能建筑设计的分析
电力调度自动化系统应用现状与发展趋势
衍生气相色谱法在环境监测中的应用分析
论高速公路沥青路面的早期损坏与预防性养护
有关低压成套开关设备中的母线选择讨论

-全文完-