LLC变换器软开关特性及谐振参数优化研究

• 作 者: 戴幸涛
• 发表日期: 2012年期
• 关键词: LLC变换器 零电压开通 谐振参数优化设计 磁集成 过载保护

高效率高功率密度是DC-DC变换器的重要指标。提高开关频率可以有效减小磁性元件的体积，但会带来开关损耗的增大。软开关技术可以在高频下降低开关损耗，从而提高变换器效率。谐振变换器由于可以实现软开关，得到了广泛关注，尤其是LLC谐振变换器，以其结构简单、具有零电压开通特性、易于磁集成、输出功率大等优点，成为研究的热点。本文对LLC变换器不同谐振工作区域的特点进行了分析，对其零电压开通过程进行了详细的研究，从谐振电流为开关管结电容放电的角度，提出了开关管要实现零电压开通所必需的两个条件，并在此基础上对开关管零电压开通和死区时间、负载的关系进行了分析。LLC的谐振参数设计是LLC变换器设计的重点与难点，本文对LLC参数设计方法进行了改进，采用解析+做图+仿真三步法对LLC谐振参数进行优化设计。首先通过构建解析函数，初步求出电感系数K值和品质因数Q值最优值；然后利用MATLAB软件做出直流电压归一化增益曲线，采用图解法对解析结果进行直观的验证，明确了物理意义；最后利用Saber仿真软件对谐振参数进行进一步仿真优化，修正了基波分析方法在参数设计中的误差。之后针对宽电压输入，开环定频运行两种不同的应用条件对LLC参数设计方法进行了拓展。本文对LLC变换器的磁性元件设计进行了探讨，对比了分立磁性元件设计和磁集成结构的优缺点。本文研究了LLC变换器的三种过载保护方法：提高开关频率、PWM控制和变频控制相结合、采用分离电容式拓扑。着重分析了三种方法对谐振电流的控制作用，总结了其工作特点。最后，结合仿真与实验对本文的理论进行了验证。