llc諧振全橋dcdc變換器設計修改(編輯修改稿)
2024-07-26 18:20 本頁面
【文章內容簡介】 r內工作時的輸出電壓為： （8）=fr時的工作情況圖4給出了變換器在fs=fr時的工作波形。圖4 fs=fr時工作波形圖由圖4可知，一個工作周期被分為6個工作階段，其實可以看成是變換器在fmfsfr內工作的一種特殊情況，只不過它的ir與im在一個周期內相交只有一瞬間，而不是一段時間，所以ir是一個正弦波。由于缺少了Lm參與諧振過程的兩個階段，使得D5和D6的電流處在臨界連續(xù)狀態(tài)。這個頻率范圍內，開關管仍然可以實現(xiàn)ZVS，同時，D5和D6可以實現(xiàn)ZCS，這里不再給出具體工作狀態(tài)。fr時的工作情況圖5給出了變換器在fsfr時的工作波形，可將一個工作周期分成6個工作階段。圖5 fsfr時工作波形圖下面同樣只給出前半個周期的三個階段的分析如圖6中（a）~（c）所示。工作階段1：在t0時刻，SS4導通，由圖5可知，諧振電流ir大于勵磁電流im，兩者之差大于零，經過變壓器流入二極管D5使其導通，D6截止。Lm被副邊電壓鉗位，此時只有Lr和Cr參與諧振，im線性上升，ir也經過開關管SS4以正弦形式慢慢變化，輸入能量通過D5傳給負載。當SS4驅動信號消失，階段1結束。（a） 工作階段1(t0~t1)（b） 工作階段2 (t1~t2)（c） 工作階段3 (t2~t3)圖6 變換器在fsfr時前半個周期工作階段2：在t1時刻，SS4關斷，由于ir仍大于im，所以D5仍導通，D6截止，能量通過D5傳給負載。Lm仍被鉗位，只有Lr和Cr參與諧振。此階段中ir一直給C1和C4充電，并給C2和C3放電，ir以正弦形式減小，所以流過D5的電流也變小，im仍線性增加，當C2和C3上電壓被放到零時，DD3導通，為SS3實現(xiàn)ZVS做好準備。當SS3的驅動信號來到時，階段2結束。工作階段3：在t2時刻，SS3實現(xiàn)零電壓開通。與階段2類似，只是在t3時刻，出現(xiàn)ir=im，兩者差為零，這一瞬間D5關斷，階段3結束。當fsfr時，管子是工作在感性開關模式下的，所以可以實現(xiàn)ZVS。但是Lm在整個過程中都被副邊電壓鉗位，沒有參與諧振，所以變壓器的就會持續(xù)工作，D5和D6處于連續(xù)導通模式，不能實現(xiàn)ZCS，就會出現(xiàn)反向恢復問題。綜上可知，變換器在fs≤fm內的工作模式為容性的，管子不能實現(xiàn)零電壓開通。在fmfs≤fr內，諧振網絡阻抗呈現(xiàn)感性，不僅開關可以實現(xiàn)ZVS，同時整流二極管也可以實現(xiàn)ZCS，是最佳的工作范圍。而當fsfr時，雖然諧振網絡阻抗依然是感性，但是整流二極管不能實現(xiàn)ZCS，不是理想的工作范圍。所以在設計電路的時候，為了使變換器處在理想的工作范圍內，要將工作頻率選定在接近fr處，這樣才能使變換器的效率最大化。2 LLC全橋變換器的設計為了適用于井下常用的電壓等級，LLC諧振變換器的設計滿足以下設計指標：輸入電壓范圍：Vin_min~Vin_max=190~330 V，額定輸入電壓：Vin_nom=300 V，預期效率η：≥95%，輸出電壓：Vo=48 V，紋波電壓：ΔV=240 mV，輸出電流：Io=10 A，諧振頻率fr=100 kHz，k值：6，開關管的寄生電容Coss：400pF；變壓器繞組和PCB板的等效寄生電容Cstary：100pF，死區(qū)時間td：300ns。 諧振電路參數(shù)設計根據(jù)分析，為了滿足變換器在輸入電壓Vin_nom時工作在fr附近，利用此時的增益Mnom為1，可求得變壓器的理論變比m為： （9）式中：式中：VF為副邊二極管導通壓降，這里取1V。等效電路的最小增益Mmin和最大增益Mmax為： （10） （11）最小工作頻率fmin和最大工作頻率fmax為：（12）（13）基于一次諧波近似（FHA）的分析方法，LLC電路的等效負載阻抗為： （14）式中：n為變壓器理論變比。根據(jù)最大增益的要求，諧振腔最大的品質因數(shù)QmaxQmax2為： （15）（16）所以整個工作范圍內的最大Q為 （17）式中：k為激磁電感與諧振電感的比值，一般取3~7，這里取6；lmax為最大歸一化頻率。根據(jù)諧振特性可以求得諧振參數(shù)為： （18） （19） （20）根據(jù)原邊開關管實現(xiàn)ZVS的條件可計算勵磁電流為： （21）寄生電容的充電電流為： （22）顯然ImIp，符合原邊開關管實現(xiàn)ZVS的條件，設計合理。 磁集成變壓器設計LLC諧振變換器的集成思路是：把諧振電感和勵磁電感集成到變壓器中，充分利用變壓器的漏感和激磁電感。但在實際制作中，很難將變壓器的寄生參數(shù)控制很小，尤其在高頻和超高頻的場合下，這些參數(shù)會對運行的變壓器產生不利影響。而用磁集成思路來對LLC諧振變換器進行磁集成，正好利用了這些很難做小的參數(shù)，將變壓器的漏感用作Lr，變壓器的勵磁電感用作Lm，這樣就把不利的因數(shù)轉變?yōu)橛欣臈l件，而且不用額外增加兩個電感，使得變換器的體積大大減小。下面首先用AP法[11]確定變壓器磁芯的型號，公式如下 （23）式中：Ae為磁芯的有效橫截面積；Aw為線圈窗口面積；PT為變壓器視在功率，隨線路結構不同而不同，本文變壓器副邊采用中心抽頭結構，故?。?，單位W；Ko為窗口使用系數(shù)，取Ko=；Kf為波形系數(shù)，方波時為4，這里取4；Kj為電流密度，這里取Kj=400/cm2；Bw為工作磁通密度，取Bw=。把數(shù)據(jù)帶入上式，得（24）選用TDK的ETD39磁芯，其AP=，Ae=，Aw=，ΔB= T
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