半橋LLC諧振變換器工作原理分析及參數(shù)設(shè)計(jì)

張平

摘要：分析了半橋式LLC諧振變換器工作原理，給出了半橋式LLC諧振變換器參數(shù)設(shè)計(jì)方法。

關(guān)鍵詞：半橋LLC諧振變換器;參數(shù)計(jì)算;設(shè)計(jì)舉例。

Abstract： the working principle of half-bridge LLC system is analyzed， and the parameter design method of half-bridge LLC resonant converter is presented

Keywords： half-bridge LLC resonant converter; Parameter calculation; Design examples.

LLC諧振變換器能夠在全負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)主開(kāi)關(guān)管的ZVS和二次側(cè)整流二極管的ZCS，滿足了DC/DC變換器的低損耗高效率要求，在應(yīng)用中越來(lái)越受歡迎。本文以我公司正在研制的DC24/60電源模塊所應(yīng)用的半橋式LLC諧振變換器為例，介紹了半橋式LLC諧振變換器的工作原理和參數(shù)設(shè)計(jì)流程。

1、半橋式LLC變換器工作原理分析

本文研究的主要是半橋式LLC諧振變換器，如圖1所示，Cr為諧振電容，Lr為諧振電感，Lm為 勵(lì)磁電感，D1、D2為變壓器副邊側(cè)整流二極管。

半橋LLC諧振變換器具有兩個(gè)特征頻率【1】：

在不同頻率范圍內(nèi)，半橋LLC諧振變換器呈現(xiàn)不同的工作特性。當(dāng)諧振頻率fs

t0時(shí)刻，下開(kāi)關(guān)管Q2關(guān)斷， Q2導(dǎo)通時(shí)已將電容C2電壓鉗位于零，所以Q2可以實(shí)現(xiàn)ZVS關(guān)斷，諧振電流Ir<0，此諧振電流給C1放電，同時(shí)給C2充電，當(dāng)C1兩端電壓下降至零時(shí)，Q1的體二極管導(dǎo)通，為Q1的零電壓開(kāi)通創(chuàng)造條件。

t1時(shí)刻，Q1驅(qū)動(dòng)導(dǎo)通，諧振電流仍為Ir<0，Lr和Cr諧振電流繼續(xù)上升，過(guò)零之后諧振電流經(jīng)Q1正向增加。t2時(shí)刻到來(lái)之前，由于副邊二極管導(dǎo)通，故勵(lì)磁電感Lm被輸出電壓鉗位，其電流線性增加。

由于fs

t3時(shí)刻，關(guān)斷Q1，Q1實(shí)現(xiàn)零電壓關(guān)斷，接下來(lái)Q2的導(dǎo)通關(guān)斷與Q1相似。

當(dāng)變換器的頻率fs在fm

2、LLC諧振變換器參數(shù)設(shè)計(jì)

開(kāi)關(guān)管的ZVS和整流二極管的ZCS對(duì)LLC變換器的效率影響較大。要實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)管的ZVS，勵(lì)磁電感的電流必須在死區(qū)時(shí)間內(nèi)將開(kāi)關(guān)管的結(jié)電容放電完畢，電壓降到零。同時(shí)，對(duì)需要關(guān)斷開(kāi)關(guān)管結(jié)電容完成充電。因此，勵(lì)磁電感電流需滿足【2】：

3.2 試驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)試制調(diào)試，最終Cr取140 nF，Lr取78μH，Lm取250μH，測(cè)試開(kāi)關(guān)管上管電壓波形與驅(qū)動(dòng)電壓波形如圖4所示。從圖中可以看出，開(kāi)關(guān)管兩端電壓完全降到零，驅(qū)動(dòng)電壓才開(kāi)始上升，實(shí)現(xiàn)了零電壓導(dǎo)通。實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)目標(biāo)。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以上的原理分析和設(shè)計(jì)舉例，我們可以看出此參數(shù)設(shè)計(jì)方法是可行的，為半橋式LLC諧振變換器的設(shè)計(jì)提供了便利。

參考文獻(xiàn)：

[1]南文銳，半橋LLC諧振電路設(shè)計(jì)與研究。廣州，廣東工業(yè)大學(xué)，2017

[2]張立新，王旭東，李鑫，姜潤(rùn)澤，基于半橋LLC諧振式通信電源的設(shè)計(jì)。電氣傳動(dòng)，2016.

[3]劉一希，基于全數(shù)字控制LLC諧振變換器的電動(dòng)汽車電池充電器研究。南京：南京航空航天大學(xué)，2014.

（作者單位：西安工業(yè)研究院天津分院）