【正文】 ......... 48 PFC 電路部分 .............................................................................................................................................. 48 DCDC電路部分 ......................................................................................................................................... 48 本章小結(jié) ................................................................................................................................................................ 50 第七章 實驗中遇到的問題及解決方案 ......................................................................................51 實驗中遇到的問題 .............................................................................................................................................. 51 解決方案 ................................................................................................................................................................ 52 本章小結(jié) ................................................................................................................................................................ 54 第八章 總結(jié)與展望 .................................................................................................................55 論文工作回顧 ....................................................................................................................................................... 55 論文成果與意義 ................................................................................................................................................... 55 存在的問題及進(jìn)一步工作 ................................................................................................................................. 56 參 考 文 獻(xiàn) ...........................................................................................................................58 附錄 1 90W電腦適配器元器件表 ..........................................................................................59 致 謝 ...................................................................................................................................62 作者攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文 ..................................................................................................63 上海交通大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 第一章引言 ~ 1 ~ 第一章引言 課題研究背景與意義 隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展， 開關(guān)電源 向著高頻化、集成化、模塊化方向發(fā)展。 90W 電腦適配器 LLC 前級使用 PFC 電路，后級使用 LLC 半橋諧振電路。 （請在以上方框內(nèi)打“ √ ”） 學(xué)位論文作者簽名： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 上海交通大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 摘要 ~ I ~ LLC半橋諧振電路的設(shè)計與應(yīng)用 摘 要 現(xiàn)代開關(guān)電源要求具有較高的功率密度和平滑的電磁干擾（ EMI）信號，并且所需要的電子元器件數(shù)量少、效率高。 上海交通大學(xué) 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨立進(jìn)行研究工作所取得的成果。 學(xué)友情深，情同兄妹。再次對周巍老師表示衷心的感謝。本次畢業(yè)設(shè)計大概持續(xù)了半年，現(xiàn)在終于到結(jié)尾了。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。 首先，我要特別感謝我的知道郭謙功老師對我的悉心指導(dǎo)，在我的論文書寫及設(shè)計過程中給了我大量的幫助和指導(dǎo)，為我理清了設(shè)計思路和操作方法，并對我所做的課題提出了有效的改進(jìn)方案。從這里走出，對我的人生來說，將是踏上一個新的征程，要把所學(xué)的知識應(yīng)用到實際工作中去。老師們認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神和深厚的理論水平都使 我收益匪淺。本人授權(quán)上海交通大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮 印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。最后，所有寄生元件，包括所有半導(dǎo)體器件的結(jié)電容和變壓器的漏磁電感和激磁電感，都是用來實現(xiàn) ZVS 的。 測試部分不僅針對應(yīng)用 LLC 半橋諧振的 90W 電腦適配器，同時協(xié)助測試 分析市場上其他拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的同等功率等級電腦適配器 。并聯(lián)諧振的輸出端可以開路但不能短路，會損壞諧振電容，并且過大的原邊回路電流對開關(guān)器件及電源都會產(chǎn)生沖擊；輕載時，不 需通過大幅改變頻率來穩(wěn)住輸出電壓，與串聯(lián)諧振相比變換器工作范圍更大，可工作至空載；當(dāng)輕載時輸入電流變化不大，開關(guān)管的通態(tài)損耗相對固定，在輕載時的效率比較低，較為適合工作于額定功率處負(fù)載相對恒定的場合。并且針對 LLC 半橋諧振電路，詳細(xì)分析了該電路的工作原理。 第四章 模塊的硬件設(shè)計 本章闡述 LLC 諧振電路可以從四個方面著手優(yōu)化電路。 第七章 實驗中遇到的問題及解決方案 在實驗中， 當(dāng) LLC 半橋諧振電路開機時， 發(fā)現(xiàn) 上下 MOSFET 是處于硬開關(guān)情況，并且流過較大峰值電流 ； 通過實驗驗證， 由于 開機瞬間諧振腔沒有正常工作，下管 選擇需上海交通大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 第一章引言 ~ 4 ~ 較 小 體二極管恢復(fù)時間的 MOSFET 能明顯減少大尖峰電流的峰峰值，減少硬開關(guān)的風(fēng)險 。接下來的文章中會具體討論 MOSFET 在 LLC 拓?fù)渲械男阅芎涂煽啃?，同時詳細(xì)介紹 LLC 諧振電路原理和技巧。其中， fr1 為Cr,Lr 串聯(lián)諧振腔的諧振頻率。下圖 3 為 LLC 半橋諧振電路在 T0~ T1 工作階段各個元器件工作狀態(tài)。此時諧振電感上的電流仍舊為負(fù)，電流經(jīng) Q1 的體二級管流回輸入端（ Vin）。變壓器漏感 Lm 此時被此電流充電，因此參加諧振的器件只有 Lr 和 Cr。此階段隨著 Q2開通而結(jié)束。 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 ~ 11 ~ 圖 25 T2~T3 工作階段 Operation at T2~T3 由以上工作狀態(tài)可以看出，除了 Q Q2 死區(qū)時間外，絕大多數(shù)時間，電路都可以工作在由 Lr 和 Cr 構(gòu)成的較高的諧振頻率。對于 ZCS：使開關(guān)管的電流在開通時保持在零，在關(guān)斷前使電流 降到零。零開關(guān) PWM 變換器是在準(zhǔn)諧振的基礎(chǔ)上加入一個輔助開關(guān)管，來控制諧振元件的諧振過程。這樣由于在低于串聯(lián)諧振頻率點工作時，工作特性類似于并聯(lián)諧振，因而能夠讓其始終工作在零電壓開關(guān)工作模式。由于電路工作區(qū)域是在電壓增益曲線的感性工作區(qū)，由上圖可以看出，電路通過調(diào)整頻率來調(diào)整輸出電壓，提高頻率以響應(yīng)輸出功率 降低的需求；或者通過提高輸入直流電壓來實現(xiàn)電路工作在輕載模式。 根據(jù)上面的結(jié)果，實際設(shè)置工作頻率時還須避開最低工作頻率（ fmin）接近第二諧振頻率（ fr2）的情況?；谶@兩點，如果 LLC 諧振電路可以工作在負(fù)載獨立工作點附近，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 現(xiàn)調(diào)整。 表 41 優(yōu)化前參數(shù)設(shè)置 Table 41 Parameter design before optimizatio。但是，對于前級連接 PFC 的 LLC 諧振電路來說，這個缺點可以忽略。 本章小結(jié) 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 ~ 17 ~ 函數(shù)。從上圖10 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 諧振電路的一個主要缺點。 頻率比 fn 電壓增益特征函數(shù)M 邊界區(qū) 感性區(qū) 容性區(qū) 負(fù)載獨立 工作 點 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 ~ 15 ~ 圖 32 LLC 諧振電路增益圖 ratio of LLC resonant halfbridge 從上圖中可以看出，當(dāng)電路工作在感性區(qū)域時（藍(lán)色部分）， fn1（即開關(guān)頻率大于 fr1）；當(dāng)電路工作在容性區(qū)域時（黃色部分）， fn1（即開關(guān)頻率小于 fr1）；當(dāng)電路工作在邊界區(qū)域時（黑色粗體虛線），這是電路工作在容性區(qū)域還是感性區(qū)域取決于負(fù)載情況。全諧振變換器主要由開關(guān)網(wǎng)絡(luò)和諧振槽路組成，它使得流過開關(guān)管的電流變?yōu)檎叶皇欠讲?，然后設(shè)法使開關(guān)管在某一時刻導(dǎo)通，實現(xiàn)零電壓或零電流開關(guān)。最早的軟開關(guān)技術(shù)是采用有損緩沖電路來實現(xiàn)。由于這個被動負(fù)載， LLC 諧振變換輕載穩(wěn)壓可以不再需要很高頻率。 圖 26 T4~T5 工作階段 Operation at T4~T5 ? T5~ T6: Q1 關(guān)斷， Q2 導(dǎo)通。隨著Q1 關(guān)斷， T3~ T4 階段結(jié)束。變壓器漏感（ Lm）在此階段被持續(xù)充電。由于 Q1體二級管此是出于正向偏置，而 Q2 的體二級管示反相偏置，兩個電感上的電流相等。通過選擇合 適的諧振參數(shù)，可以讓 LLC 諧振變換無論是負(fù)載變化或是輸入電壓變化都能工作在零電壓工作區(qū)。不同之處在于 LLC諧振腔的連接，左圖采用單諧振電容（ Cr），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 ~ 6 ~ 其輸入電流紋波和電流有效值較高，但布線簡單，成本相對較低；右圖采用分體諧振電容（ C1, C2），其輸入電流紋波和電流有效值較低， C1 和 C2