【正文】 上圖 32中的紅色曲線為 LLC 諧振電路無負載時的曲線 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、負載最重時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范圍。上海交通大學工程碩士學位論文 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，選擇滿足零電壓開通的 MOSFET， PWM 控制器的選擇。因此，有前級 PFC 的 LLC 諧振電路可以工作在負載獨立工作點上。從上圖 10 中可以看出，負載獨立工作點在第一諧振頻率點 fr1 上可以找到，所有 Q曲線都會經(jīng)過這個負載獨立工作點，并且所有 Q 曲線的電壓增益特征函數(shù) M完全相同。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 半橋諧振電路進行以下簡化： 上海交通大學工程碩士學位論文 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（兩個諧振頻率中頻率較高者） rrmr2 )CL(L2π1f ?? ； 第二諧振頻率（兩個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 上海交通大學工程碩士學位論文 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，它的特點與串聯(lián)諧振相同，而工作在 fr1 的左邊，根據(jù)負載情況，類似于并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振。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)。上海交通大學工程碩士學位論文 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)。此時， Lm 不參與 Lr 和 Cr的諧振。此時，諧振電感電流對Q1 的輸出電容 Coss 進行充電，并對 Q2的輸出電容 Coss 進行放電直到 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 5 為 LLC 半橋諧振電路在 T2~ T3 工作階段各個元器件工作狀態(tài)。隨著 Q1 開通 ， T1~ T2 階段結(jié)束。波形圖根據(jù)不同工作狀態(tài)被分成 6個階段，下面具體分析各個狀態(tài)， LLC 諧振電路工作情況： ? T0~ T1: Q1 關(guān)斷、 Q2 開通；這個時候諧振電感上的電流為負，方向流向 Q2。一個 是 Lr 和 Cr的諧振點，另外一個諧振點由 Lm, Cr 以及負載條件決定 。 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，可以看出這三種諧振電路在實現(xiàn)軟揩干的同時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。 第五章 90W電腦適配器系統(tǒng)設(shè)計 本章根據(jù)整個 90W 電腦適配器的要求進行了系統(tǒng)設(shè)計，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諧振電路補償回路的設(shè)計最有效的方法依然是通過實驗來完成。 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、激磁電感表達其傳遞函數(shù)。 本論文致力于研究如何設(shè)計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。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，以實現(xiàn)軟開關(guān)，達到降低開關(guān)損耗的目的，進一步提高效率，因此得到了重視和研究。第二部分闡述了對 LLC 半橋諧振電路進行簡化和建模，通過分析 LLC 諧振電路頻域直流特性，總結(jié) 實際設(shè)計要素。 對比常規(guī)諧振器， LLC型諧振變換器具有許多優(yōu)點。對 論文 的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明 確方式標明。 在我的十幾年求學歷程里，離不開父母的鼓勵和支持，是他們辛勤的勞作，無私的付出，為我創(chuàng)造良好的學習條件，我才能順利完成完成學業(yè)，感激他們一直以來對我的撫養(yǎng)與培育。 另 外，我還要感謝大學四年和我一起走過的同學朋友對我的關(guān)心與支持，與他們一起學習、生活，讓我在大學期間生活的很充實，給我留下了很多難忘的回憶。經(jīng)過這次畢業(yè)設(shè)計，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、嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L等方方面面都有很大的進步。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學位論文作者完全了解學校有關(guān)保留、使用 學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。這期間凝聚了很多人的心血，在此我表示由衷的感謝。 最后，我要感謝我的父母對我的關(guān)系和理解，如果沒有他們在我的學習生涯中的無私奉獻和默默支持，我將無法順利完成今天的學業(yè)。 最后，我要特別感謝 我的導(dǎo)師劉望蜀 老師、 和研究生助教吳子儀 老師。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔。首先，它可以在 輸入和 負載 大范圍 變化的情況下調(diào)節(jié)輸出，同時開關(guān)頻率變化相對很小。 第三部分提出實際優(yōu)化方案，其中 包括設(shè)計 主 變壓器 設(shè)計 和 關(guān)鍵 元器件 的選擇，并從實驗結(jié)果中驗證。諧振網(wǎng)絡(luò)通常由多個無源電感或電容組成，由于元件個數(shù)和連接方式上的差異，按不同諧振方式可分為串聯(lián)諧振變換器、并聯(lián)諧振變換器以及兩者 結(jié)合產(chǎn)生的串并聯(lián)諧振變換器。 上海交通大學工程碩士學位論文 第一章引言 ~ 2 ~ 課題研究內(nèi)容與任務(wù) 課題研究內(nèi)容 本論文的主要研究的內(nèi)容如下： 分析 LLC 半橋諧振電路的工作原理和不同周期電路工作狀態(tài)； 采用數(shù)學建模方式，建立 LLC 諧振器的分析模型，然后利用該模型分析和總結(jié)設(shè)計要素； 提出 LLC 半橋諧振電路優(yōu)化方案 ，并通過試驗論證方案； 在進行 90W 電腦適配器的實際項目中，對整個系統(tǒng)進行設(shè)計，系統(tǒng)由兩級構(gòu)成，第一級為基于 L6563 芯片的 PFC 電路，第二級為基于 L6599 芯片的 LLC 半橋諧振電路； 90W 電腦適配器整機性能測試，并且比較分析與市場上同類產(chǎn)品應(yīng)用不同拓撲電路結(jié)構(gòu)式的性能； 課題研究任務(wù) 通過反復(fù)驗證總結(jié)優(yōu)化方案，為項目提供理論基礎(chǔ)及實踐論證；本人通過參與 90W電腦適配器項目的設(shè)計與測試，做到掌握 LLC 半橋諧振電路的工作原理和優(yōu)化設(shè)計，并參與測試 90W 適配器的整機性能，協(xié)助測試和分析在市場上同類 適配器應(yīng)用不同電路拓撲結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)性能。同時借助 LLC 諧振電路直流特性圖分 析其不同工作區(qū)域：容性區(qū)，感性區(qū)，邊界區(qū)和負載獨立工作點。下一章將對本實驗板，驗證理論分析和設(shè)計的正確性 。盡管這三種諧振電路都有各自的缺點，但是通過它們?nèi)?可以得出總結(jié)：第一，諧振電路都有兩個諧振頻率，通常工作在較高的那個諧振頻率電路的效率更高；第二，為了確保功率器件零電壓開通，諧振電路工作需工作在直流特性的下降段。負載加重，諧振頻率將會升高。在此階段，變壓器漏感不參加諧振， Cr、 Lr 組成了諧振頻率，輸出能量來自于 Cr和 Lr。下圖 4 為 LLC 半橋諧振電路在 T1~ T2 工作階段各個元器件工作狀態(tài)。 圖 25 T2~T3 工作階段 Operation at T2~T3 ? T3~ T4:此階段始于諧振電感 Lr 電流變負為正， Q1開通、 Q2 關(guān)斷，和 T2~ T3階段一樣。在此期間，變壓器二次側(cè)跟 T1~ T2 階段一樣，脫離初級側(cè)。此階段隨著諧振電感 Lr 電流變?yōu)榱愣Y(jié)束，重復(fù) T0~ T1 狀態(tài)。對于普通的拓撲而言，在開關(guān)管開關(guān)時，MOSFET 的 DS 間的電壓與電流產(chǎn)生交疊，因此產(chǎn)生開關(guān)損耗。而諧振變換器又分為全諧振變換器，準諧振變換器，零開關(guān) PWM 變換器和零轉(zhuǎn)換PWM 變換器。重載時接近于串聯(lián)諧振，而隨著負載的減輕越來越接近于并聯(lián)諧振。值得慶幸的是，這個負載獨立工作點出現(xiàn)在期望的電壓增益曲線的感性工作區(qū)，這時諧振腔的電流滯后于輸入方波電壓，實際上，這是 LLC 半橋諧振電路中 MOSFET 實現(xiàn)零電壓開通的必要條件。 上圖中的紅色曲線為 LLC 諧振電路無負載時的曲線 ? ???? nfM ； 此時可以將公 33變化為： 2nnfλλ11Q)λ ,M(f??? 公式 34 由于 λ 相對于 2nf 可以忽略不計，那么 ?M 就可以進一步簡化為如下公式 35： λ1 1Q)λ ,M( fM n ???? 公式 35 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，這樣就有可能使電路工作 在無負載情況下。 頻率設(shè)置優(yōu)化 LLC 諧振電路輸出電壓調(diào)整主要通過改變諧振腔輸入方波開關(guān)頻率。下面例舉一個 980W 用于上海交通大學工程碩士學位論文 第四章 LLC 半橋諧振電路優(yōu)化方案 ~ 19 ~ Server 的 LLC 半橋諧振電路設(shè)計 , LLC 諧振電路的輸入電壓為 400V（ PFC 輸出電壓），輸出電壓（電流）為 12V (80A) ： ?