半桥LLC谐振DC-DC变换器的研究

发布时间：2020-09-30 18:59

　　随着开关电源技术的飞速发展和人类对电源技术要求的不断提高,硬开关电源已经无法满足要求,为了有效的提高变换器的功率密度和效率,减小变换器的体积和重量,LLC谐振变换器逐渐得到了广泛的关注与研究,LLC谐振变换器不仅具有开关损耗小、电压输入范围宽等优点,而且重量轻、体积小、效率高。详细介绍了 LLC谐振变换器的工作原理和不同频率范围内的具体工作过程,利用FHA(基波近似法)对半桥LLC谐振变换器进行建模,深入分析其稳态特性,通过对增益曲线的绘制和分析,给出了 LLC谐振变换器具体的设计方法,并通过仿真进行验证。利用扩展描述函数法建立LLC谐振变换器的小信号模型,并给出了详细的推导过程,然后对小信号模型进行了验证和分析,对其进行稳态分析和频域分析,针对开环不稳定的问题,设计了合理的补偿器,并通过Matlab仿真补偿后的动态性能,对补偿器设计的合理性进行验证。对LLC谐振变换器参数的设计、以及主电路元件的选型给出了详细的分析和计算,并对变压器的设计进行了分析和验证。根据设计的参数进行电路仿真,验证参数设计的合理性,并给出电路开环仿真和闭环仿真,分析启动和负载突变下输出电压的稳定性,验证设计的闭环回路;对硬件部分,如前级PFC电路、半桥LLC主电路、STM32外围电路、采样电路、驱动电路以及辅助电源电路进行了设计和分析。完成样机的调试,测出实验数据,分析了不同负载下ZVS状态和输出电压波形、负载切换状态波形、不同负载下纹波波形、死区分析波形、副边整流管波形,验证了电路设计的合理性。
【学位单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM46
【部分图文】：

轨迹图,软开关,谐振变换器

图１－４软开关的损耗分析逡逑Ｆｉｇ．邋１－４邋Ｌｏｓｓ邋ａｎａｌｙｓｉｓ邋ｏｆ邋ｓｏｆｔ邋ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ逡逑１．２谐振变换器的发展与分类逡逑由ｕ可知，传统的硬开关的开关管开通或者关断的时候都会产损耗而逡逑且开关频率的提高，会使损耗大幅上升，这样必定会导致谐振变换器的效率下降，逡逑谐振变换器的出现，解决了这个问题，逐渐受到青睐，并得到比较广泛的应用，逡逑本文所设计的半桥ＬＬＣ谐振ＤＣ－ＤＣ变换器，是利用电感电容构成的谐振电路，逡逑使得在谐振时，流入开关管的电流和电压会周期性过零点，在过零点时关断和开逡逑通开关管，就实现了软开关［２１￣２３］。逡逑相比于硬开关而言，软开关开通时，上升的电流和下降的电压之间没有重叠；逡逑软开关关断时，下降的电流和上升的电压也没有重叠，易知在软开关开通或者关逡逑断的过程中将不产生功率损耗，变换器的损耗主要来源于导通过程中的通态损耗，逡逑工，。逡逑

损耗分析,软开关,谐振变换器,硬开关

－．逡逑Ｕ逡逑图１－１硬开关的开关轨迹图逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ邋ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｈａｒｄ邋ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ逡逑ｕ／ｉ＼逦！逦ｉ逦ｕ／ｉ邋｜逦，；逡逑0Ｌｌｉ—邋Ｍｒ．逡逑１Ｌ逦Ｉ逦｜逦｜逡逑Ｉ邋Ｉ逦Ｉ逡逑ｐ逦＼逦！逦ｐ逦！逡逑ｏ邋Ｉ邋Ｉ逦Ｉ逦．逦0邋！邋！逦．逡逑（ａ）逦ｔ逦（ｂ）逦ｔ逡逑图１－２硬开关下的损耗分析逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｌｏｓｓ邋ａｎａｌｙｓｉｓ邋ｏｆ邋ｈａｒｄ邋ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ逡逑显然硬开关限制了开关频率的提升，软开关的出现解决了这个问题，软开关逡逑利用谐振的原理，使得电流电压之间不发生重叠，大大降低了^u通和关断过程中逡逑产生的损耗［１５Ｍ７］，同时也很大程度的解决了感性关断和容性开通等问题。易知无逡逑论是ＺＶＳ还是ＺＣＳ电压和电流都不会产生重叠，也就是软开关不存在开关损耗，逡逑可以很大程度的提升变换器的效率，这里给出了软开关开通和关断的大致过程。逡逑３逡逑

框图,串联谐振变换器

图卜５谐振变换器的等效框图逡逑Ｆｉｇ．邋１－５邋Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ邋ｂｌｏｃｋ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｒｅｓｏｎａｎｔ邋ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ逡逑图１－５是谐振变换器的等效框图，首先是直流输入通过开关网络产生方波，方逡逑波作为谐振网络的输入，经过电路谐振得到正弦波，正弦波经过副边侧的高频整逡逑流和低通滤波之后得到稳定的输出，这样就完成直流向直流之间的转换。这里也逡逑简单介绍一下传统的几种变换器，并分析这几种变换器的特点。逡逑１．２．１串联谐振变换器逡逑串联谐振变换器（ＳＲＣ）的结构如图１－６所示，Ｑ，、Ｑ２两个开关管组成开关逡逑网络，谐振网络由Ａ和Ｃ，组成，副边侧Ｄ，、Ｄ２组成高频滤波部分，Ｃ。为输出滤逡逑波电容，ｉ？。是负载；可以看出，负载折算到原边侧与谐振网络串联，改变开关管逡逑的频率时，中点电压＾也随之改变，因而电路的阻抗就会改变，这样输出电压也逡逑会改变

【参考文献】