開關(guān)電源LLC諧振轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點及研究分析

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開關(guān)電源LLC諧振轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點及研究分析

隨著開關(guān)電源向高頻、高效和高功率密度方向的發(fā)展,傳統(tǒng)的硬開關(guān)在應(yīng)用中出現(xiàn)了很多問題。為解決這些問題,軟開關(guān)技術(shù)應(yīng)運而生。諧振型開關(guān)變換器作為軟開關(guān)的一種,具有工作頻率高、損耗小、效率高、體積小等優(yōu)點。而LLC諧振型開關(guān)變換器以其兼具能夠在全負(fù)載范圍內(nèi)實現(xiàn)原邊開關(guān)管的ZVS開通,整流二極管的ZCS關(guān)斷的特點和便于磁集成、輸入電壓范圍寬等優(yōu)勢,在高頻開關(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
llc諧振轉(zhuǎn)換器一般包含一個帶mosfet的控制器、一個諧振網(wǎng)絡(luò)和一個整流器網(wǎng)絡(luò)。控制器以50%的占空比交替為兩個mosfet提供門信號，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)包括兩個諧振電感和一個諧振電容(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。在實際設(shè)計中，諧振網(wǎng)絡(luò)可由一個采用如圖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)捷敵黾墶?　式2給出了采用如圖2所示的實際變壓器時，llc諧振轉(zhuǎn)換器的電壓轉(zhuǎn)換比。在式2中可觀察到兩個諧振頻率。一個由lp 和 cr 決定，記為ωp，另一個由lr 和 cr決定，記為ωr。利用這個公式，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，見圖3所示　如圖3所示，每條曲線上以符號‘+’標(biāo)注的最高值被稱為‘峰值增益’，位于兩個諧振頻率ωp 和 ωr 之間。當(dāng)輸出負(fù)載越來越大時，峰值增益值逐漸減小，其位置向更高頻率移動。同時，以符號‘×’標(biāo)注的ωr時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，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。相比于PWM變換器，諧振變換器具有開關(guān)工作頻率高、開關(guān)損耗小、效率高、允許輸入電壓范圍寬、體積小、重量輕、開關(guān)應(yīng)力小、EMI噪聲小等優(yōu)點。并且LLC諧振變換器能在全負(fù)載范圍內(nèi)實現(xiàn)開關(guān)管的ZVS，副邊整流二極管實現(xiàn)ZCS，有效降低了開關(guān)損耗，大大提高了電源效率。此外，LLC諧振變換器還可實現(xiàn)諧振電感和變壓器的磁集成。基于上述優(yōu)點，LLC諧振變換器在現(xiàn)代開關(guān)電源中得到了廣泛的使用。本文首先對諧振變換器的基本分類和自的優(yōu)缺點進(jìn)行了總結(jié)和歸納，并與傳統(tǒng)的PWM變換器行了對比，總結(jié)出了LLC諧振變換器的主要優(yōu)點；詳細(xì)分析了LLC諧振變換器的工作原理，對其在各個頻率范圍內(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)出了一種簡單的諧振參數(shù)設(shè)計方法，結(jié)合設(shè)計實例，給出了各參數(shù)計算結(jié)果；基于擴展描述函數(shù)法建立了LLC諧振變換器的小信號模型，在此基礎(chǔ)之上分析了開關(guān)頻率變化時變換器的小信號特性，并根據(jù)動態(tài)特性的要求對變換器的補償器設(shè)計問題進(jìn)行了分析，設(shè)計了補償器的基本結(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SABER仿真結(jié)果驗證了理論分析的正確性。

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