当前位置:主页 > 科技论文 > 电气论文 >

LLC谐振变换器开关损耗特性研究

发布时间:2018-08-09 12:18
【摘要】:功率开关管的高频化可以大幅度减小电容、电感及变压器的体积,不但降低了电子元器件的使用成本,还有效提高了变换器的功率密度。但是,简单地提高功率开关管的频率,开关管的开关损耗也会相应大幅增加,造成变换器的效率降低。同时,整流二极管在工作于高频时会有严重地反向恢复问题,不但会带来严重地EMI,增加设计难度,还会进一步降低变换器的效率。传统的PWM变换器受掉电保持和开关损耗的限制已很难满足人们对高频高效的要求。在此背景下,LLC谐振变换器应运而生。LLC谐振变换器不但可在全负载范围内实现开关管及二极管的软开关,还可实现高度的磁集成,具有高效率、高功率密度、低EMI噪声、宽电压输入范围等优点,已广泛应用于中小功率等级的电子产品中。LLC谐振变换器与移相全桥变换器在不同功率等级的市场获得了广泛的应用。国内外文献对两者的优劣进行了深入研究,但鲜有文献对其开关损耗进行对比分析过,又因LLC谐振变换器是PFM工作方式且关键参数较多,尚存在控制方式复杂,参数选取困难,谐振电流过载保护等诸多问题。针对这些问题本文主要开展了以下工作:首先,给出了LLC软开关分布式电源系统设计方案,介绍了EMI滤波器的原理、APFC电路的原理及基于UC3854的SABER仿真模型、掉电保持电容的计算过程,重点分析了半桥型LLC谐振变换器的稳态建模,利用ORIGIN绘制了电压增益特性曲线,在此基础上分析了关键参数对变换器电压增益的影响。其次,建立了LLC谐振变换器等效电路模型,并运用扩展描述函数法进行小信号建模,得出了变换器电压增益数学模型,证实了FHA建模法的正确性。再次,建立了LLC谐振变换器开关损耗数学模型,结合课题的要求,给出了变换器核心参数基于MATHCAD的设计流程及开关管和二极管的选取过程并完成了开关损耗功率计算。基于SABER仿真对移向全桥PWM ZVS变换器和半桥型LLC谐振变换器在同样输入、输出、开关频率下的开关损耗进行了对比研究。最后,基于SABER仿真对半桥型LLC谐振变换器基本型与改进型进行了对比实验,验证了改进型的谐振电流过载保护能力,并对改进型进行了小信号时域仿真,得出其输入频率变化到输出电压的波特图,再结合波特图分析进行闭环补偿控制器设计,结果表明LLC谐振变换器在不同带载情况下均可稳定输出。
[Abstract]:The high frequency of power switch can greatly reduce the volume of capacitance, inductance and transformer, which not only reduces the cost of electronic components, but also increases the power density of converter. However, if the frequency of the power switch is simply increased, the switching loss of the switch will increase significantly, resulting in a decrease in the efficiency of the converter. At the same time, the rectifier diode will have a serious reverse recovery problem when it works at high frequency, which will not only bring serious EMIs, increase the design difficulty, but also further reduce the efficiency of the converter. The traditional PWM converter is difficult to meet the requirements of high frequency and high efficiency due to the limitation of power off and switching loss. Under this background, the LLC resonant converter emerges as the times require. The LLC resonant converter can not only realize the soft switching of switches and diodes in the full load range, but also achieve high magnetic integration, with high efficiency, high power density and low EMI noise. The wide voltage input range has been widely used in medium and small power electronic products. LLC resonant converters and phase-shifted full-bridge converters have been widely used in the market of different power levels. The merits and demerits of the two have been deeply studied in domestic and foreign literature, but few literatures have compared and analyzed their switching losses. Because the LLC resonant converter is a PFM operation mode and has many key parameters, the control mode is complex and the parameters are difficult to select. Resonance current overload protection and so on. The main work of this paper is as follows: firstly, the design scheme of LLC soft switching distributed power supply system is given, and the principle of EMI filter and SABER simulation model based on UC3854 are introduced. In this paper, the steady-state modeling of half-bridge LLC resonant converter is analyzed, and the characteristic curve of voltage gain is drawn by ORIGIN. On the basis of this, the influence of key parameters on voltage gain is analyzed. Secondly, the equivalent circuit model of LLC resonant converter is established, and the small signal model is built by using the extended description function method. The mathematical model of voltage gain of the converter is obtained, which verifies the correctness of the FHA modeling method. Thirdly, the mathematical model of switching loss of LLC resonant converter is established. According to the requirements of the project, the design flow of the core parameters of the converter based on MATHCAD and the selection process of switch tube and diode are given, and the power calculation of switching loss is completed. Based on SABER simulation, the switching losses of full-bridge PWM ZVS converters and half-bridge LLC resonant converters at the same input, output and switching frequencies are compared. Finally, based on the SABER simulation, the comparison between the basic and the improved LLC resonant converter is carried out, which verifies the improved resonant current overload protection capability, and makes a small signal time domain simulation of the improved one. The baud diagram of the input frequency changing to the output voltage is obtained, and the closed-loop compensation controller is designed based on the Porter diagram analysis. The results show that the LLC resonant converter can output stably under different load conditions.
【学位授予单位】:东华大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TM46

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 朱建华,罗方林;功率谐振变换器及其发展方向[J];电工电能新技术;2004年01期

2 张春林;严萍;;移相式并联谐振变换器的分析与仿真[J];电力电子技术;2007年03期

3 张卫平;毛鹏;肖实生;;串联谐振变换器的稳态模型[J];电源世界;2008年10期

4 贺明智;刘宏亮;王丹;冯轲;;串联负载谐振变换器的参数设计[J];大功率变流技术;2009年03期

5 李建兵;张国栋;鄢登高;;容性滤波并联谐振变换器及其优化设计[J];信息工程大学学报;2011年02期

6 章治国;余海生;;一种双有源桥谐振变换器的研究与设计[J];微电子学;2012年03期

7 汤晓晨;周洁敏;穆建国;;一种基于数字控制的谐振变换器设计[J];电力电子技术;2012年05期

8 彭咏龙;李亚斌;朱辉;;基于非整周期模式串联谐振变换器控制技术[J];电力科学与工程;2012年10期

9 蔡宣三,原田耕介;电力电子电源谐振变换器的几个问题[J];电工技术杂志;1989年02期

10 林波涛,林纲,,丘水生;一类新的准谐振变换器[J];华南理工大学学报(自然科学版);1995年08期

相关会议论文 前9条

1 赵红茹;吴捷;;准谐振变换器的建模与性能分析[A];第二十一届中国控制会议论文集[C];2002年

2 谢帆;张波;丘东元;;基于松散耦合变压器的全桥谐振变换器非线性行为分析[A];第七届中国高校电力电子与电力传动学术年会论文集[C];2013年

3 唐春森;沈昊;;准谐振变换器的双闭环控制方法及实现[A];2013年中国电机工程学会年会论文集[C];2013年

4 陈祥;夏冰;;高压大功率场合LCC谐振变换器的分析与设计[A];第十二届中国电除尘学术会议论文集[C];2007年

5 吴扣林;陈乾宏;金科;阮新波;;磁集成复合式全桥三电平LLC谐振变换器[A];2008中国电工技术学会电力电子学会第十一届学术年会论文摘要集[C];2008年

6 黄靖;;SIMULINK4环境下零电流串联谐振变换器仿真[A];第十六届电工理论学术年会论文集[C];2004年

7 杨帆;杨柏禄;陈永真;孟丽囡;;带有智能同步整流方案的LLC谐振变换器设计[A];2008中国电工技术学会电力电子学会第十一届学术年会论文摘要集[C];2008年

8 马珊珊;任国海;;基于LLC谐振转换器的高效LED灯驱动电源[A];2012(杭州)中国长三角照明科技论坛论文集[C];2012年

9 盛洪刚;谢运祥;;基于MATLAB的对零电流开关(ZCS)准谐振变换器(QRC)的建模与仿真[A];中国电工技术学会电力电子学会第八届学术年会论文集[C];2002年

相关重要报纸文章 前1条

1 成都 温成宜编译;LLC串联谐振变换器FSFR2100[N];电子报;2008年

相关博士学位论文 前4条

1 张治国;具有电容输出滤波器谐振变换器的研究[D];华南理工大学;2012年

2 李金刚;电压型负载谐振变换器谐振槽路参数优化设计与负载匹配的研究[D];西安理工大学;2007年

3 杨瑞;LCC谐振变换器的解析建模与分析[D];华中科技大学;2014年

4 邓成;柔性多层带材电磁元件集成方法及应用[D];浙江大学;2014年

相关硕士学位论文 前10条

1 潘钢;数字式LLC谐振变换器及并联均流技术的研究[D];西南交通大学;2015年

2 王晓昱;光伏系统中LLC谐振变换器的研究[D];西南交通大学;2015年

3 付欤翔;基于LLC谐振的无工频牵引变压器的交直变换系统研究[D];西南交通大学;2015年

4 吴建雪;CLL谐振变换器的分析与设计[D];西南交通大学;2015年

5 夏炎;三相LLC谐振变换器的研究[D];西南交通大学;2015年

6 万玉超;LLC谐振变换器在电动汽车充电机中的应用研究[D];山东大学;2015年

7 魏峗豪;LLC谐振式充电机研究及数字化实现[D];山东大学;2015年

8 赵舒博;交错并联LLC谐振变换器的研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

9 孙继鑫;基于LLC谐振的双向AC/DC变换器设计[D];哈尔滨工业大学;2015年

10 闫大鹏;1.5kW半桥LLC谐振DC/DC变换器的研究[D];哈尔滨工业大学;2015年



本文编号:2174050

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlidianqilunwen/2174050.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户308b5***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com