半桥LLC谐振变换器设计与仿真课件.pptVIP

半桥LLC谐振变换器设计与仿真石祥花2010-10-26

1谐振变换器技术2LLC变换器的工作原理3Saber仿真结果分析

1谐振变换器技术谐振变换器之所以得到重视和研究，是因为在谐振时电流或电压周期性过零，利用这一点实现软开关，可以降低开关损耗，提高功率变换器的效率。谐振功率变化器有以下三种：SRC（SeriesResonanceCircuit）、PRC（ParallelResonanceCircuit）、SPRC（Series-ParallelResonanceCircuit，又称LLC）。

1.1SRC（串联谐振电路）电路中电感与电容串联，形成一个串联谐振腔。这个谐振腔的阻抗与负载串联，则由于其串联分压作用，增益总是小于1。谐振腔的阻抗与频率有关，在其谐振频率fr下阻抗最小，此时的增益也最大。

SRC的直流特性曲线根据电路的直流特性可知：①fsfr时,开关管Q--ZVS；②轻载时，fs要变化很大才能保证输出电压不变;③Vin增大时,fs增大使输出电压保持不变。此时谐振腔的阻抗也增大，则谐振腔内有很高的能量在循环，而并没有把这些能量供给负载，并且使半导体器件的应力增大。因此，串联谐振变换器存在一些不利因素：轻载调整率高、高的谐振能量、高输入电压时较大的关断电流。

1.2PRC（并联谐振电路）

PRC的直流特性曲线根据其直流特性可知：①fsfr时，实现软开关；②轻载时，fs并不要变化很大来维持输出电压不变；③Vin增大时，fs增大来维持输出电压不变。此时谐振腔内循环的能量依然很大，即使是在轻载的条件下，由于负载与电容并联，仍然有一个比较小的串联阻抗。与SRC相比，PRC优点：在轻载时，频率变化不大即可保证输出电压不变。PRC的缺点：高的谐振能量、高输入电压时关断电流较大会引起较大的关断损耗。

1.3SPRC（串并联谐振电路）串并联谐振电路有两种形式。LCC形式

对于LCC电路，存在两个谐振频率：显然，fr2fr1。由直流特性曲线可知：①当fr2fsfr1时，MOSFET工作在ZCS区域，对于MOSFET而言，ZVS模式下开关损耗较ZCS模式要小；②为了满足ZVS，fsfr1，这样低频谐振点没有利用。从这个方案可以看出，可以利用双谐振网络来实现ZVS，如果将LCC的直流特性左右翻转，那么低频谐振点就可以利用上。因此，出现了特性较好的谐振变换器LLC结构。

LLC形式

对于LLC电路，存在两个谐振频率：显然，fr1fr2。由直流特性曲线可知：①当fsfr2时，MOSFET工作在ZVS区域，对于MOSFET而言，ZVS模式下开关损耗较ZCS模式要小；②在轻载时，LLC谐振变换器的开关频率变化很小，即使在空载时它也具备零电压开关能力。Back

2LLC变换器的工作原理2.1LLC变换器的模态分析根据LLC谐振变换器的直流增益特性可以将其分为三个工作区域。通常将LLC谐振变换器设计工作在区域1和2，工作区域3是ZCS工作区。对于MOSFET而言，ZVS模式的开关损耗比ZCS模式的开关损耗要小。

2.1.1工作区域2(fr2ffr1)模态1(Ir从左向右为正）①M1:(t0tt1)t0时刻，Q2恰好关断，谐振电流Ir0，IDR1=0。Ir流经D1，使VQ1=0,为Q1ZVS开通创造条件。在这个过程中，PWM信号加在Q1上使其ZVS开通。

工作区域2——模态1①M1:(t0tt1)这时Vin加在谐振腔上，Ir增大到0，在这个过程中，由电磁感应定律知，同名端为“+”，副边DR1导通，此时副边电压即为输出电压。反推过去，原边电压即为恒定值（np*Vo/ns），则Lm处于恒压储能状态，其电流线性上升。

工作区域2——模态2②M2:(t1tt2)t0~t1时段，Q1已经ON。谐振电流Ir从0开始以近似正弦规律增大，副边DR1依然导通，副边电压即为输出电压，那么原边电压是恒定值（np*Vo/ns），那么电流Ilm线性上升。

工作区域2——模态2②M2:(t1tt2)此时工作在串联谐振状态，即Lr与Cr串联谐振，Lm上电压由于被箝位而只作为负载不参与谐振。在这个时段里,有Ir=Ilm+Inp。在t2时刻，Ir=Ilm。

工作区域2——模态3③M3:(t2tt3)t2时刻，Inp=0,则副边电流也为0，即DR1ZCS关断，不存在反向恢复的问题。在这个时段，Q1依然导通。这时（Lr+Lm)与Cr形成串联谐振，由于时间较短，而且（Lm+Lr）也很大，认为电流保持不变，Ir=Ilm。在t3时刻，Q1关断，电流Ir（大于0）为ZVS开通Q2创造条件。

工作区域2——模态3从这个模态可知，MOSFET的关断电流即为激磁电流，通过变压器的合理设计，使激磁电流比负载电流小的多，那么可以降低开关损耗。