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分享:LLC 谐振变换器的研究

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世纪电源网-SUN
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LV6
高级工程师
  • 2019-9-27 15:28:57
摘要:高频化、高功率密度和高效率,是 DC/DC 变换器的发展趋势。传统的硬开关变换器限制了开关频率和功率密度的提高。移相全桥 PWM ZVS DC/DC 变换器可以实现主开关管的 ZVS,但滞后桥臂实现 ZVS 的负载范围较小;整流二极管存在反向恢复问题,不利于效率的提高;输入电压较高时,变换器效率较低,不适合输入电压高和有掉电维持时间限制的高性能开关电源。
       LLC串联谐振DC/DC 变换器可以较好的解决移相全桥PWM ZVS DC/DC变换器存在的缺点。从实现上来说,谐振变换器相对 PWM 变换器,具有开关工作频率高、开关损耗小、允许输入电压范围宽、效率高、重量轻、体积小、EMI噪声小、开关应力小等优点。LLC 谐振变换器具有原边开关管易实现全负载范围内的 ZVS,次级二极管易实现 ZCS,谐振电感和变压器易实现磁性元件的集成,以及输入电压范围宽等优点,得到了广泛的关注。
       LLC谐振变换器是在传统LC二阶谐振变换器的基础上增加一个并联电感改进而来的,相对于普通串、并联谐振变换器在特性上有明显的改善,同时 LLC的设计也存在以下几个难点:(1) 控制方法复杂;(2) 参数配置困难;(3) 用于大功率变换时,槽路电流过大,磁性元件易发生磁偏饱和,电压模式不能满足控制要求,而电流模式的单周期控制模式如何实现变频是难点。
本文按以下几个部分展开:
1.将谐振变换器与传统 PWM 变换器进行了对比,对其基本分类和工作过程进行了归纳,总结出 LLC 谐振变换器的主要优点;
2.分析了 LLC 谐振变换器在各个开关频率范围的工作原理以及具体的工作波形;
3.利用基频分量近似法建立变换器的大信号模型,通过对模型的分析,得出能保证 MOSFET 实现 ZVS 的 LLC 参数设计方法;
4.采用扩展描述函数法建立了 LLC 谐振变换器的小信号模型,在小信号模型的基础上分析了变换器在开关频率变化时的小信号特性;
5.比较电压模式控制法以及电流模式控制法在 LLC 拓扑中的应用以及各自的特点,着重提出电流模式单周期控制的变频电路;
6.使用仿真证明理论分析的正确性,通过实验验证电流模式控制在大功率LLC 变换器中应用的可行性。

目录
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 功率变换器的发展
1.2 常规谐振变换器的特点和缺陷
1.2.1 串联谐振 DC-DC 变换器
1.2.2 并联谐振 DC-DC 变换器
1.2.3 串并联谐振 DC-DC 变换器
1.3 LLC 谐振变换器的发展状况及特点
1.4 LLC 谐振变换器与传统 PWM 变换器的比较
1.4.1 LLC 谐振变换器与不对称半桥的比较
1.4.2 移相全桥变换器与 LLC 比较存在的缺陷
1.5 本课题研究的内容
第二章 LLC 谐振变换器的工作原理和主要波形
2.1 主电路结构
2.2 LLC 谐振变换器的工作原理和主要波形
2.2.1 fm < f < fs 时的工作原理
2.2.2 f = fs 时的工作原理
2.2.3 f > fs 时的工作原理
2.3 本章小结
第三章 用基频分量法对 LLC 谐振变换器建模
3.1 稳态分析方法的选择
3.2 用基频分量法对 LLC 谐振变换器建模
3.2.1 LLC 谐振变换器的拓扑结构
3.2.2 开关网络的电路模型
3.2.3 整流桥和滤波网络的模型
3.2.4 理想变压器模型
3.2.5 FHA 模型等效电路
3.2.6 谐振网络电压转换比
3.3 LLC 谐振全桥的 FHA 等效模型
3.4 LLC 谐振网络的电压增益分析
3.4.1 确定k ,以Q为参数, f n为自变量的增益分析
3.4.2 确定Q,以k 为参数, f n为自变量的增益分析
3.5 LLC 谐振网络的输入阻抗与工作区域的划分
3.6 原边开关管 ZVS 的约束条件
3.7 实用的谐振网络参数设计法
3.8 元件的电流电压分析
3.8.1 副边整流二极管
3.8.2 变压器原边励磁电感
3.8.3 谐振槽路
3.9 本章小结
第四章 LLC 谐振变换器的小信号分析
4.1 开关电源小信号建模的方法概述
4.2 扩展描述函数法建模的基本原理
4.3 传统方法建立线性模型
4.3.1 区域 1 fm < f < fs 分段线性化状态方程
4.4 扩展描述函数法建立小信号模型
4.5 本章小结
第五章 LLC 谐振变换器的控制策略
5.1 开关管控制模式的选择
5.1.1 线性调制方式
5.1.2 脉冲宽度调制方式
5.1.3 脉冲频率调制方式
5.2 电压模式控制
5.2.1 PWM 电压模式控制
5.2.2 PFM 电压模式控制
5.3 电流模式控制
5.3.1 PWM 电流模式控制
5.3.2 PFM 电流模式控制
5.3.3 PFM 电流模式控制的优点
第六章 电路设计与仿真实验
6.1 电路设计
6.2 仿真与实验
6.2.1 LLC 谐振变换器的仿真
6.2.2 LLC 谐振变换器的实验
6.3 本章小结
全文总结
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢



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          LLC谐振变换器的研究.pdf (2.28 MB, 下载次数: 89)
wangdongchun
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LV10
总工程师
  • 2019-9-28 20:29:22
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感谢楼主分享
SmilingTears7
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谢谢楼主的分享
gaotq83
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初级工程师
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  • 2019-10-11 11:34:02
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值得研究。多谢楼主!!!!
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