【正文】 的學(xué)業(yè)。從他身上，我學(xué)到了許多能受益終生的東西。這期間凝聚了很多人的心血，在此我表示由衷的感謝。 首先非常感謝學(xué)校開設(shè)這個(gè)課題，為本人日后從事計(jì)算機(jī)方面的工作提供了經(jīng)驗(yàn)，奠定了基礎(chǔ)。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用 學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。 申請上海交通大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文 LLC半橋諧振電路的設(shè)計(jì)與應(yīng)用 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 Design and Application of LLC Half bridge Resonant circuit Author： Dong Yan Specialty: Semiconductor Science Advisor Ⅰ : Prof. Dai Qingyuan Advisor Ⅱ : School of Electronics and Electric Engineering Shanghai Jiao Tong University Shanghai， Jan， 20xx 致 謝 時(shí)間飛逝， 大學(xué) 的學(xué)習(xí)生活很快就要過去，在這 四年 的學(xué)習(xí)生活中，收獲了很多，而這些成績的取得是和一直關(guān)心幫助我的人分不開的。經(jīng)過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我的能力有了很大的提高，比如操作能力、分析問題的能力、合作精神、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)等方方面面都有很大的進(jìn)步。郭謙功老師淵博的知識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)和誨人不倦的態(tài)度給我留下了深刻的印象。 另 外，我還要感謝大學(xué)四年和我一起走過的同學(xué)朋友對我的關(guān)心與支持，與他們一起學(xué)習(xí)、生活，讓我在大學(xué)期間生活的很充實(shí)，給我留下了很多難忘的回憶。 回首四年，取得了些許成績，生活中有快樂也有艱辛。 在我的十幾年求學(xué)歷程里，離不開父母的鼓勵(lì)和支持，是他們辛勤的勞作，無私的付出，為我創(chuàng)造良好的學(xué)習(xí)條件，我才能順利完成完成學(xué)業(yè)，感激他們一直以來對我的撫養(yǎng)與培育。他無論在理論上還是在實(shí)踐中，都給與我很大的幫助，使我得到不少的提高這對于我以后的工作和學(xué)習(xí)都有一種巨大的幫助，感謝 他 耐心的輔導(dǎo)。對 論文 的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明 確方式標(biāo)明。 保密 □，在 年解密后適用本授權(quán)書。 對比常規(guī)諧振器， LLC型諧振變換器具有許多優(yōu)點(diǎn)。 本文 首先對各種諧振變換器的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了比較，總結(jié)出 LLC 諧振變換器的主要優(yōu)點(diǎn)。第二部分闡述了對 LLC 半橋諧振電路進(jìn)行簡化和建模，通過分析 LLC 諧振電路頻域直流特性，總結(jié) 實(shí)際設(shè)計(jì)要素。 通過比較， 90W 半橋諧振適配器在效率方面有著明顯的優(yōu)勢，并在待機(jī)功耗等其他方面表現(xiàn)優(yōu)良。功率 諧振變換器 以諧振電路為基本的變換單元，利用諧振時(shí)電流或電壓周期性的過零，從而使開關(guān)器件在零電壓或零電流條件下開通或關(guān)斷，以實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)，達(dá)到降低開關(guān)損耗的目的，進(jìn)一步提高效率，因此得到了重視和研究。串并聯(lián)諧振電路的輸出電壓可高于或低于電源電壓，且負(fù)載變化范圍寬，是目前研究領(lǐng)域中較主流的結(jié)構(gòu)。 本論文致力于研究如何設(shè)計(jì)90W 適配器，使其有效提高效率，增加功率密度，降低開關(guān)噪聲，改善電子兼容性。接著通過簡化電路、建立模型研究掌握該電路的工作特性和設(shè)計(jì)要點(diǎn)。 第三章 LLC半橋諧振電路簡化建模 本章通過對 LLC 半橋諧振電路的簡化，用角頻率、輸出阻抗、激磁電感表達(dá)其傳遞函數(shù)。首先是開關(guān)頻率優(yōu)化設(shè)置，將開關(guān)頻率設(shè)置在高于第二諧振頻率附近，有效避免工作在容性區(qū)域。 第五章 90W電腦適配器系統(tǒng)設(shè)計(jì) 本章根據(jù)整個(gè) 90W 電腦適配器的要求進(jìn)行了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，其前級是基于 L6563 的 PFC電路，包括磁性器件和主要功率期間的設(shè)計(jì)和選擇；后級是基于 L6599 的 LLC 半橋諧振電路，包括主變壓器和開關(guān)管的設(shè)計(jì)和選擇，給出了各部分性能和參數(shù)，但目前對 LLC諧振電路補(bǔ)償回路的設(shè)計(jì)最有效的方法依然是通過實(shí)驗(yàn)來完成。上海交通大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 第二章 LLC 半橋諧振電路原理 ~ 5 ~ 第二章 LLC 半橋諧振電路原理 LLC 半橋諧振電路 不同諧振電路的比較 在目前的諧振電路中，串聯(lián)諧振（ SRC）、并聯(lián)諧振（ PRC）和串并聯(lián)諧振（ SPRC）已經(jīng)被業(yè)界所熟知，它們因未能實(shí)現(xiàn)零電壓開通而被廣泛應(yīng)用于開關(guān)電源中。 通過簡單總結(jié)串聯(lián)諧振、并聯(lián)諧振和串并聯(lián)諧振電路的優(yōu)缺點(diǎn)，可以看出這三種諧振電路在實(shí)現(xiàn)軟揩干的同時(shí)都必須犧牲其它方面的性能，因此都不是理想的軟開關(guān)電路。 基本電路 LLC 半橋諧振電路中，根據(jù)這個(gè)諧振電容的不同聯(lián)結(jié)方式，典型 LLC 諧振電 路有兩種連接方式，如下圖 1所示。一個(gè) 是 Lr 和 Cr的諧振點(diǎn)，另外一個(gè)諧振點(diǎn)由 Lm, Cr 以及負(fù)載條件決定 。當(dāng)輸入電壓下降時(shí)，可以通過降低工作頻率獲得較大的增益。波形圖根據(jù)不同工作狀態(tài)被分成 6個(gè)階段，下面具體分析各個(gè)狀態(tài)， LLC 諧振電路工作情況： ? T0~ T1: Q1 關(guān)斷、 Q2 開通；這個(gè)時(shí)候諧振電感上的電流為負(fù)，方向流向 Q2。 上海交通大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 第二章 LLC 半橋諧振電路原理 ~ 8 ~ 圖 23 T0~T1 工作階段 Operation at T0~T1 ? T1~ T2:Q1 關(guān)斷、 Q2 關(guān)斷；此時(shí)為半橋電路死區(qū)時(shí)間，諧振電感上的電流仍為負(fù)，諧振電流對 Q1 的輸出電容（ Coss）進(jìn)行放電，并且對 Q2 的輸出電容（ Coss）進(jìn)行充電，直到 Q2 的輸出電容的電壓等于輸入電壓（ Vin），為 Q1 下次導(dǎo)統(tǒng)創(chuàng)造零電壓開通的條件。隨著 Q1 開通 ， T1~ T2 階段結(jié)束。同時(shí)，輸出整流二級管 (D1)導(dǎo)通，為輸出端提供能量。下圖 5 為 LLC 半橋諧振電路在 T2~ T3 工作階段各個(gè)元器件工作狀態(tài)。輸出端仍由 D1 來傳輸能量。此時(shí)，諧振電感電流對Q1 的輸出電容 Coss 進(jìn)行充電，并對 Q2的輸出電容 Coss 進(jìn)行放電直到 Q2上輸出電容電壓為零，導(dǎo)通 Q2 的體二級管，為 Q2 零電壓開通創(chuàng)造條件。下圖 7 為 LLC 半橋諧振電路在 T4~ T5 工作階段各個(gè)元器件工作狀態(tài)。此時(shí)， Lm 不參與 Lr 和 Cr的諧振。這種情況下，變壓器漏電感由于被輸出電壓所鉗位，因此，它會作為 Lr,Cr 串聯(lián)諧振腔的負(fù)載形式存在，而不參與整個(gè)諧振過程。上海交通大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 第三章 LLC 半橋諧振電路簡化建模 ~ 12 ~ 第三章 LLC 半橋諧振電路簡化建模 LLC 半橋諧振電路簡化 對于 LLC 諧振電路，首先要了解軟開關(guān)。對于 ZVS:使開關(guān)管的電壓在開通前降到零在關(guān)斷時(shí)保持為零。目前所研究的軟開關(guān)技術(shù)不再采用有損緩沖電路，這種技術(shù)真正減小了開關(guān)損耗，而不是損耗的轉(zhuǎn)移，這就是諧振技術(shù)。零轉(zhuǎn)換 PWM 變換器的輔助諧振電路只是在開關(guān)管開關(guān)時(shí)工作一段時(shí)間，其它時(shí)間則停止工作。為了更好的分析 MOSFET ZVS 條件與 LLC 諧振電路工作區(qū)域的關(guān)系，首先需要分析諧振電路輸入阻抗，因此對 LLC 半橋諧振電路進(jìn)行以下簡化： 上海交通大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 第三章 LLC 半橋諧振電路簡化建模 ~ 13 ~ 圖 31 LLC 半橋諧振電路簡化電路 Simplified circuit of LLC half bridge resonant circuit LLC 半橋諧振等效電路輸出輸入傳遞函數(shù)如下： o2mo2mmro2mo2mZnjwLZnjwLjwLjwC1ZnjwLZnjwLV i n / 2nVo????? 公式 31 其中：rrr1 CL2π1f ? ； 第一諧振頻率（兩個(gè)諧振頻率中頻率較高者） rrmr2 )CL(L2π1f ?? ； 第二諧振頻率（兩個(gè)諧振頻率中頻率較低者） mrLLλ? ； 諧振電感與變壓器漏感之比，簡稱“電感比” r1swn fff ? ； 開關(guān)頻率與第一諧振頻率之比，簡稱“頻率比” 2out2outoVn PZQ? ； 品質(zhì)因數(shù) rrrrrro Cf2 π 1Lf2 πCLZ ??????? ； 輸出特征阻抗 sPNNn? ； 初級側(cè)與次級側(cè)變壓器匝數(shù)比，簡稱“匝數(shù)比” 等效 上海交通大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 第三章 LLC 半橋諧振電路簡化建模 ~ 14 ~ 由上述公式 1左邊部分進(jìn)行變化，可以得出兩倍匝數(shù)比與輸出電壓的乘積對輸入電壓關(guān)于頻率比、電感比和品質(zhì)因數(shù)的傳遞函數(shù)為： Vin2nVoQ)λ ,M(f n ? 公式 32 將r1swn fff ? ；mrLLλ? ； 2out2outoVn PZQ? 代入公式 31 并進(jìn)行簡化，可以得出： 2nn222nnf1fQfλλ11Q)λ ,M (f???????? ?????????? ??? 公式 33 LLC 半橋諧振電路的直流特性顯示，如果工作在在 fr1 的右端，它的特點(diǎn)與串聯(lián)諧振相同，而工作在 fr1 的左邊，根據(jù)負(fù)載情況，類似于并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振。根據(jù)上面的討論， LLC 諧振變換的直流特性可以根據(jù)不同的工作模式分為三個(gè)工作區(qū) ,如下圖所示：容性工作區(qū)；感性工作區(qū)（為期望設(shè)計(jì)的工作區(qū)）和邊界工作區(qū)。從上圖 10 中可以看出，負(fù)載獨(dú)立工作點(diǎn)在第一諧振頻率點(diǎn) fr1 上可以找到，所有 Q曲線都會經(jīng)過這個(gè)負(fù)載獨(dú)立工作點(diǎn)，并且所有 Q 曲線的電壓增益特征函數(shù) M完全相同?；谶@兩點(diǎn)，如果 LLC 諧振電路可以工作在負(fù)載獨(dú)立工作點(diǎn)附近，那么其輸出電壓可以在較寬負(fù)載變化范圍且相對較窄的開關(guān)頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)調(diào)整。因此，有前級 PFC 的 LLC 諧振電路可以工作在負(fù)載獨(dú)立工作點(diǎn)上。下面通過實(shí)際分析 2 種情況來討論如何設(shè)定最低工作頻率。上海交通大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 第四章 LLC 半橋諧振電路優(yōu)化方案 ~ 18 ~ 第四 章 LLC 半橋諧振電路優(yōu)化方案 LLC 半橋諧振電路 可以從以下四個(gè)方面考慮優(yōu)化方案：工作頻率設(shè)置， Lr/Lm 之比參數(shù)設(shè)計(jì)，選擇滿足零電壓開通的 MOSFET， PWM 控制器的選擇。從上圖 3中也可以看出，輸入直流電壓范圍越寬，其開關(guān)頻率范圍也越寬，如果工作在這種情況下， LLC 諧振電路將很難優(yōu)化，這是 LLC 諧振電路的一個(gè)主要缺點(diǎn)。上圖 32中的紅色曲線為 LLC 諧振電路無負(fù)載時(shí)的曲線 λ1 1Q)λ ,M( fM n ???? ； ? ???nf ； 公式 41 結(jié)合上面的討論，利用最小電壓增益特征函數(shù) Mmin 大于 ?M ，可以在輸入直流電壓最高處可以得到 Mmin 和最高開關(guān)頻率比，這樣就有可能使電路工作在無負(fù)載情況下： λ1 1VinmaxVo2nM min ??? = ?M ； ?????? ???Mm in11λ111f 公式 42 同 理，可以在輸入直流電壓最小、負(fù)載最重時(shí)得到最大電壓增益特征函數(shù) Mmax 和最低開關(guān)頻率比： VinminVo2nMmax ?； ?????? ???2Mm ax11λ111f 公式 43 根據(jù)上式可以優(yōu)化 LLC 半橋諧振電路工作頻率的