高效率LLC谐振变换器研究

发布时间：2017-03-27 07:02

  本文关键词：高效率LLC谐振变换器研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：LLC谐振变换器可以实现原边开关管的零电压开关(zero voltage switching-ZVS)和副边整流管的软恢复,适合高频工作,并获得较高的变换效率,因而在通信电源、LED驱动电源等各种DC-DC变换场合受到广泛应用。 针对380V/24V DC-DC砖式通信电源模块的高效率和紧调整要求,本课题研究了LLC拓扑应用在砖式DC-DC模块的效率和控制优化设计方法。 回顾了LLC研究成果：直流增益计算、小信号特性、动态分析,介绍了基波等效的LLC设计法。 分析了各谐振参数与LLC直流增益的关系,更加直观的阐释了各谐振参数对LLC效率和工作频率范围的影响,进而提出了基于谐振参数的LLC优化设计方法。在深入分析LLC模态的基础上,推导了LLC实现全范围ZVS的条件,给出了LLC优化设计的流程。结合砖式模块电源对高效高功率密度的要求,比较了几种LLC整流结构,优选了PCB绕组结合中心抽头同步整流结构,分析了绕组损耗,确定了变压器的绕组结构和过孔方案。 小信号分析是反馈设计的必要环节,用扩展描述函数法对LLC小信号建模,得到了LLC小信号状态方程,Mathcad绘出频率特性曲线并仿真加以验证。基于仿真,分析了LLC控制到输出的小信号特性,对光耦的小信号模型进行分析,设计了一个零点两个极点补偿网络,建立了反馈网络的传递函数。环路增益的仿真结果与实验测试基本吻合。 根据前文分析,搭建了基于控制芯片L6599的实验样机,设计了LLC的电路参数和控制环路,分析计算了LLC的损耗分布,然后给出了LLC的动态波形和效率曲线。 基于谐振参数的LLC分析设计法,揭示了各谐振参数与LLC效率、调频宽度之间的关系,简化了LLC的设计思路,对LLC的分析设计有一定的指导意义。
【关键词】：LLC设计 闭环控制 高效率 平面变压器 L6599
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM46
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-7
• 目录7-9
• 1 绪论9-18
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 研究现状10-15
• 1.2.1 谐振变换拓扑10-12
• 1.2.2 LLC直流增益12
• 1.2.3 LLC分析设计方法12-13
• 1.2.4 LLC小信号特性13-15
• 1.3 课题研究内容15-18
• 2 LLC优化设计18-29
• 2.1 LLC工作原理18-20
• 2.2 基于谐振参数设计法20-25
• 2.2.1 谐振参数与直流增益21-23
• 2.2.2 半桥开关ZVS条件23-24
• 2.2.3 设计流程24
• 2.2.4 谐振参数设计24-25
• 2.3 结构考虑25-28
• 2.3.1 整流结构25-27
• 2.3.2 变压器结构27-28
• 2.4 本章小结28-29
• 3 LLC小信号分析29-43
• 3.1 扩展描述函数法29-36
• 3.1.1 非线性状态方程29-30
• 3.1.2 谐波近似30-31
• 3.1.3 谐波平衡31-34
• 3.1.4 小信号扰动和线性化34-36
• 3.1.5 幅频相频曲线36
• 3.2 仿真法36-38
• 3.3 光耦小信号模型38-39
• 3.4 补偿网络设计39-42
• 3.5 本章小结42-43
• 4 电路设计与实验结果43-57
• 4.1 谐振电容选择43-44
• 4.2 损耗分析44-48
• 4.2.1 谐振电感损耗44-45
• 4.2.2 变压器损耗45-47
• 4.2.3 原边开关管损耗47
• 4.2.4 同步整流管损耗47-48
• 4.2.5 PCB损耗48
• 4.2.6 损耗分布48
• 4.3 电路设计48-54
• 4.3.1 调频控制49-50
• 4.3.2 输入电压检测50
• 4.3.3 软启动50-51
• 4.3.4 轻载间歇模式(burst-mode)51-52
• 4.3.5 同步整流52-54
• 4.5 实验结果54-56
• 4.5.1 动态波形54-55
• 4.5.2 环路测量55-56
• 4.5.3 效率曲线56
• 4.6 本章小结56-57
• 5 总结与展望57-58
• 5.1 总结57
• 5.2 展望57-58
• 参考文献58-61
• 在校期间发表论文61
• 攻读硕士学位期间发表的论文61

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