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開(kāi)關(guān)電源LLC諧振轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點(diǎn)及研究分析

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開(kāi)關(guān)電源LLC諧振轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點(diǎn)及研究分析

隨著開(kāi)關(guān)電源向高頻、高效和高功率密度方向的發(fā)展,傳統(tǒng)的硬開(kāi)關(guān)在應(yīng)用中出現(xiàn)了很多問(wèn)題。為解決這些問(wèn)題,軟開(kāi)關(guān)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。諧振型開(kāi)關(guān)變換器作為軟開(kāi)關(guān)的一種,具有工作頻率高、損耗小、效率高、體積小等優(yōu)點(diǎn)。而LLC諧振型開(kāi)關(guān)變換器以其兼具能夠在全負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)原邊開(kāi)關(guān)管的ZVS開(kāi)通,整流二極管的ZCS關(guān)斷的特點(diǎn)和便于磁集成、輸入電壓范圍寬等優(yōu)勢(shì),在高頻開(kāi)關(guān)領(lǐng)域獲得了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。

LLC諧振轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點(diǎn)
llc諧振轉(zhuǎn)換器一般包含一個(gè)帶mosfet的控制器、一個(gè)諧振網(wǎng)絡(luò)和一個(gè)整流器網(wǎng)絡(luò)?？刂破饕?0%的占空比交替為兩個(gè)mosfet提供門信號(hào)，隨負(fù)載變化而改變工作頻率，調(diào)節(jié)輸出電壓vout，這稱為脈沖頻率調(diào)制(pfm)。諧振網(wǎng)絡(luò)包括兩個(gè)諧振電感和一個(gè)諧振電容(l-l-c)。諧振電感 lr、lm 與諧振電容cr 主要作為一個(gè)分壓器，其阻抗隨工作頻率而變化(如式1所示)，以獲得所需的輸出電壓。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，諧振網(wǎng)絡(luò)可由一個(gè)采用如圖2所示分段骨架(sectional bobbin)的集成式變壓器的磁化電感l(wèi)m 與漏感l(wèi)lk 構(gòu)成。而整流器網(wǎng)絡(luò)對(duì)諧振網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的正弦波形進(jìn)行整流，然后傳輸?shù)捷敵黾?jí)。 　式2給出了采用如圖2所示的實(shí)際變壓器時(shí)，llc諧振轉(zhuǎn)換器的電壓轉(zhuǎn)換比。在式2中可觀察到兩個(gè)諧振頻率。一個(gè)由lp 和 cr 決定，記為ωp，另一個(gè)由lr 和 cr決定，記為ωr。利用這個(gè)公式，可獲得llc諧振轉(zhuǎn)換器隨頻率和負(fù)載變化的增益特性曲線，見(jiàn)圖3所示 　如圖3所示，每條曲線上以符號(hào)‘+’標(biāo)注的較高值被稱為‘峰值增益’，位于兩個(gè)諧振頻率ωp 和 ωr 之間。當(dāng)輸出負(fù)載越來(lái)越大時(shí)，峰值增益值逐漸減小，其位置向更高頻率移動(dòng)。同時(shí)，以符號(hào)‘×’標(biāo)注的ωr時(shí)的諧振增益卻是固定的，不隨輸出負(fù)載的變化而變化。增益曲線說(shuō)明在 zvs狀態(tài)下，隨著諧振網(wǎng)絡(luò)的工作頻率增加，增益減小，輸出電壓降低。

電源適配器是什么
LLC諧振變換器的研究

伴隨著功率半導(dǎo)體元器件的發(fā)展，高頻化已成為一種發(fā)展趨勢(shì)，高頻變換能夠顯著減小功率變換器的體積、重量，從而有效地提高變換器的功率密度，但傳統(tǒng)的PWM變換器已經(jīng)很難適應(yīng)高頻化的發(fā)展趨勢(shì)。相比于PWM變換器，諧振變換器具有開(kāi)關(guān)工作頻率高、開(kāi)關(guān)損耗小、效率高、允許輸入電壓范圍寬、體積小、重量輕、開(kāi)關(guān)應(yīng)力小、EMI噪聲小等優(yōu)點(diǎn)。并且LLC諧振變換器能在全負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)管的ZVS，副邊整流二極管實(shí)現(xiàn)ZCS，有效降低了開(kāi)關(guān)損耗，大大提高了電源效率。此外，LLC諧振變換器還可實(shí)現(xiàn)諧振電感和變壓器的磁集成?；谏鲜鰞?yōu)點(diǎn)，LLC諧振變換器在現(xiàn)代開(kāi)關(guān)電源中得到了廣泛的使用。 本文首先對(duì)諧振變換器的基本分類和自的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)和歸納，并與傳統(tǒng)的PWM變換器行了對(duì)比，總結(jié)出了LLC諧振變換器的主要優(yōu)點(diǎn)；詳細(xì)分析了LLC諧振變換器的工作原理，對(duì)其在各個(gè)頻率范圍內(nèi)的工作波形分別作了深入探討；基于FHA(基波分析法)的方法對(duì)LLC諧振變換器的穩(wěn)態(tài)直流增益特性進(jìn)行了詳細(xì)研究，并由此總結(jié)推導(dǎo)出了一種簡(jiǎn)單的諧振參數(shù)設(shè)計(jì)方法，結(jié)合設(shè)計(jì)實(shí)例，給出了各參數(shù)計(jì)算結(jié)果；基于擴(kuò)展描述函數(shù)法建立了LLC諧振變換器的小信號(hào)模型，在此基礎(chǔ)之上分析了開(kāi)關(guān)頻率變化時(shí)變換器的小信號(hào)特性，并根據(jù)動(dòng)態(tài)特性的要求對(duì)變換器的補(bǔ)償器設(shè)計(jì)問(wèn)題進(jìn)行了分析，設(shè)計(jì)了補(bǔ)償器的基本結(jié)構(gòu)；采用磁集成技術(shù)，利用變壓器的漏感和勵(lì)磁電感，將諧振電感集成到變壓器中，減少了磁件的數(shù)量和體積；通過(guò)SABER仿真結(jié)果驗(yàn)證了理論分析的正確性。

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| 發(fā)布時(shí)間：2017.09.19    來(lái)源：電源廠
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