【正文】 由于本人的水平有限，錯(cuò)誤和疏漏在所難免，望老師們多多提出寶貴意見(jiàn)。 致謝在尹斌老師和王仲夏老師的悉心指導(dǎo)和同學(xué)們的熱情幫助下，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠順利完成。但PWM部分仍是模擬控制，現(xiàn)在,采用DSP數(shù)字信號(hào)處理器參與脈寬調(diào)制，最大、最小占空比控制、頻率設(shè)置、降頻升頻控制、輸出電壓的調(diào)節(jié)等工作,以及全部保護(hù)功能的DC/DC變換器已經(jīng)問(wèn)世。 （3）諧振變換器工作在BOOST區(qū)域內(nèi)，當(dāng)輸入電壓較高時(shí)，效率會(huì)較高。由于變壓器采用磁集成方案，變壓器不僅用作傳遞功率，漏感還參與諧振。勵(lì)磁電感越大，則勵(lì)磁電流越小，開(kāi)關(guān)管關(guān)斷損耗越小，但為了確保全負(fù)載和全輸入電壓范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)特性，勵(lì)磁電感有著最大值的限制。圖41所示為不同輸入電壓下諧振電容電壓和電流的仿真波形。仿真得到的波形：400V時(shí)空載電壓電流400V空載橋臂電壓電流空載400V空載時(shí)二極管電壓空載時(shí)輸出電壓滿載時(shí)輸出電壓 圖41 空載和滿載下諧振電容電壓和電流波形：（左）300V（右）400V圖41給出了不同輸入電壓下諧振電流和諧振電容電壓在空載和滿載（5A）下的波形。5在橋臂上接一個(gè)示波器，像上面一樣改變主電源電壓，Ro阻值，得到相應(yīng)仿真波形，得出結(jié)論變壓器的勵(lì)磁電流大小只和輸出電壓、諧振周期和變壓器的匝比等參數(shù)有關(guān)。但此法缺點(diǎn)在于采樣電阻自身有損耗，減低變換器效率。在實(shí)際使用中會(huì)收到不同程度的限制。一旦短路或過(guò)流時(shí)，諧振電容上電壓會(huì)被鉗位二極管D5 。如圖311，加上鉗位二極管后諧振輸入電流峰值減小，諧振電容被鉗位在輸入電壓。在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期中，諧振電容上電壓可以通過(guò)負(fù)載電流來(lái)反映，當(dāng)負(fù)載電流改變時(shí)，諧振電容上電壓峰值也改變。和提高工作頻率有著相似的地方，但是定頻控制改變了電路控制方式，使得電路在過(guò)流情況下原邊開(kāi)關(guān)管失去ZVS特性。圖39 增加開(kāi)關(guān)頻率的限流保護(hù)法從上面分析可知，短路或者過(guò)流情況下，減小變換器輸入電壓也能減小變換器諧振回路工作電流。首先變換器以較高開(kāi)關(guān)頻率工作，變換器開(kāi)關(guān)損耗和變壓器損耗會(huì)很大，效率降低；在較高開(kāi)關(guān)頻率工作時(shí)，變換器很容易進(jìn)入到Buck區(qū)間，此時(shí)開(kāi)關(guān)管關(guān)斷電流大，開(kāi)關(guān)管關(guān)斷損耗增加，變換器散熱設(shè)計(jì)要留有一定余量，否則變換器不能長(zhǎng)時(shí)間工作在過(guò)流或短路情況。第二種方法就是通過(guò)增加變換器輸入功率級(jí)即諧振網(wǎng)絡(luò)的阻抗來(lái)限制諧振回路電流大小，此方法只適用于頻率控制的變換器。目前有以下幾種方法可以使用。由驅(qū)動(dòng)芯片TC4424和隔離變壓器來(lái)驅(qū)動(dòng)，功率MOS管Q1和Q2的驅(qū)動(dòng)信號(hào)由隔離變壓器TT2來(lái)提供。最高工作頻率通過(guò)芯片MC34067管腳3和6來(lái)控制，如圖48所示。最低頻率和最高頻率的確定。它是由電壓誤差信號(hào)經(jīng)過(guò)TL431放大以后，再經(jīng)過(guò)光耦隔離通過(guò)均壓電阻 R52和R53輸入管腳8，將芯片內(nèi)部誤差放大器接成電壓跟隨器，根據(jù)芯片管腳8的輸入電壓變化改變流過(guò)R7的電流大小來(lái)控制工作頻率大小，它的具體實(shí)現(xiàn)如圖37所示。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證控制器的設(shè)計(jì)合理性。這是由于控制器1能夠提供的最大滯后相角為90176。的相位滯后，控制器的零點(diǎn)設(shè)置在低頻雙重極點(diǎn)附近?？刂破鞯囊粋€(gè)零點(diǎn)設(shè)置在低頻，防止條件穩(wěn)定情況發(fā)生，另一個(gè)零點(diǎn)放在低頻雙重極點(diǎn)附近。中頻段，系統(tǒng)中頻段斜率大小直接決定了穿越頻率的大小。），這樣可以保證系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性，同時(shí)也具有較好的穩(wěn)態(tài)誤差和動(dòng)態(tài)性能。其中，Gc(s)表示控制器的傳遞函數(shù)，Gvco(S)為壓控振蕩器的傳遞函數(shù)，Gvw(S)為頻率輸出的傳遞函數(shù)，H(S)為輸出電壓傳輸比，即反饋回路的直流電壓比。開(kāi)環(huán)系統(tǒng)存在單個(gè)右半平面高頻零點(diǎn)，說(shuō)明系統(tǒng)是非最小相位系統(tǒng)，同時(shí)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)在s平面原點(diǎn)和虛軸上無(wú)極點(diǎn)，則應(yīng)用奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)一判別其穩(wěn)定性。線開(kāi)始，說(shuō)明開(kāi)關(guān)頻率變化與輸出電壓變化相反，隨著頻率升高，變換器輸出電壓反而降低，這與PWM型變換器（PWM型始于0176。 主開(kāi)關(guān)管和整流二極管的選取主開(kāi)關(guān)管和輸出整流二極管選取不僅要考慮它的耐壓和通流能力，還要考慮流過(guò)電流的有效值。相對(duì)于方法（b）而言，漏磁通不是從軟磁材料而是從氣隙中走，變壓器損耗會(huì)較大。其中圖（a）所示結(jié)構(gòu)為E型磁芯兩個(gè)邊柱上分別繞制原副邊繞組，通過(guò)原副邊繞組完全分離大大降低磁路耦合程度，達(dá)到漏感增加的目的。而用圖41所示思路來(lái)對(duì)LLC串聯(lián)諧振變換器進(jìn)行磁集成，將變壓器較大漏感這個(gè)不利參數(shù)化為有利條件，降低變壓器高頻噪聲的同時(shí)，又省去一個(gè)磁元件。、最小電壓增益變換器在額定輸入電壓下正好工作在諧振頻率fs處，電壓增益為1，此時(shí)確定變壓器匝比。額定輸入電壓Vinorm 、最小輸入電壓Vimin 、最大輸入電壓Vimax 以上分析表明，諧振電流必須要大于ICsmin，足以保證開(kāi)關(guān)管在重載或者輕載時(shí)都以ZVS方式開(kāi)通。這種情況比容性模式要好，因?yàn)樗鼪](méi)有體內(nèi)二極管的導(dǎo)通和反向恢復(fù)問(wèn)題。（d）進(jìn)一步遠(yuǎn)離分界線的情況，幾乎在死區(qū)時(shí)間結(jié)束時(shí)諧振電流過(guò)零。（b）非常明顯工作在感性區(qū)域，不過(guò)諧振電感電流仍在死區(qū)時(shí)間內(nèi)過(guò)零。下面主要是關(guān)于Q1關(guān)斷Q2開(kāi)通的過(guò)渡過(guò)程給出分析。變換器開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)死區(qū)時(shí)間TD長(zhǎng)短將會(huì)對(duì)變換器軟開(kāi)關(guān)特性產(chǎn)生很大影響。以上的分析可知，橋臂中點(diǎn)電壓無(wú)論是從零到輸入電壓的變化還是輸入電壓到零的變化，都需要保證諧振網(wǎng)絡(luò)在開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)電流要足夠大。類似地，當(dāng)Q2關(guān)斷Q1開(kāi)通的過(guò)程也會(huì)產(chǎn)生同樣嚴(yán)重的問(wèn)題。由于變換器諧振電感中電流不能突變，故尖峰不會(huì)通過(guò)諧振網(wǎng)絡(luò)，這樣會(huì)對(duì)開(kāi)關(guān)管造成一定的危害。然而，正是由于死區(qū)時(shí)間內(nèi)D1導(dǎo)通，在t1時(shí)刻加在Q2上電壓等于輸入電壓Vi，以至于在Q2開(kāi)通時(shí)不僅電壓和電流有一部分重疊，而且開(kāi)關(guān)管輸出電容上能量主要消耗在開(kāi)關(guān)管上，即加在導(dǎo)通電阻上。 圖27 變換器工作在容性區(qū)域的主要波形回到諧振變換器工作模態(tài)分析來(lái)看，當(dāng)開(kāi)關(guān)管Q1關(guān)斷、Q2開(kāi)通，假設(shè)當(dāng)變換器處于某一時(shí)刻t0前，此時(shí)Q1處于開(kāi)通狀態(tài)，諧振網(wǎng)絡(luò)輸入電流從諧振網(wǎng)絡(luò)流出并流回到輸入電壓源，即諧振電流為負(fù)。從LLC串聯(lián)諧振變換器工作在Boost工作區(qū)間的工作原理和工作過(guò)程來(lái)看，諧振網(wǎng)絡(luò)輸入電流滯后于輸入電壓時(shí)，開(kāi)關(guān)管才可能以ZVS方式開(kāi)通。=fs諧振頻率點(diǎn)的工作波形圖26 工作于f=fs諧振頻率點(diǎn)的工作波形圖26給出f=fs時(shí)LLC串聯(lián)諧振變換器額定負(fù)載穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的工作波形。M8：在t7時(shí)刻，Q2以ZVS方式開(kāi)通，諧振電流正方向流通。直到t5時(shí)刻，Q2關(guān)斷，該狀態(tài)結(jié)束。在t4時(shí)刻，諧振輸入電流和勵(lì)磁電流相同，此時(shí)D4的電流自然降為零而關(guān)斷，即為軟關(guān)斷。勵(lì)磁電流在鉗位電壓nV0下線性充電，勵(lì)磁電感不參與諧振。諧振輸入電流給C1充電、C2放電，直到t2時(shí)刻C2上電壓為零。實(shí)際電路中勵(lì)磁電感Lm遠(yuǎn)大于諧振電感Ls，諧振電容Cs和勵(lì)磁電感Lm、諧振電感Ls構(gòu)成的諧振周期遠(yuǎn)大于開(kāi)關(guān)周期，因此這個(gè)階段可以認(rèn)為勵(lì)磁電流近似不變。據(jù)圖24每個(gè)周期內(nèi)可以分為8個(gè)工作模態(tài)，每個(gè)工作模態(tài)的等效電路如圖25所示。然而，原邊關(guān)斷電流較大會(huì)產(chǎn)生較大關(guān)斷損耗。能量繼續(xù)通過(guò)D3傳輸給負(fù)載。M7：從t6時(shí)刻起，諧振輸入電流繼續(xù)增大到大于勵(lì)磁電流時(shí)，整流二極管D3導(dǎo)通。M5：在t4時(shí)刻，由于Q2關(guān)斷，諧振輸入電流給C1放電、C2充電，此過(guò)程一直維持到t5時(shí)刻C2電壓升到零為止，為Q1的ZVS開(kāi)通創(chuàng)造條件。正是由于D4導(dǎo)通，所以變壓器勵(lì)磁電感上電壓反向被鉗位在nV0，這樣勵(lì)磁電流線性減小。直到t2時(shí)刻勵(lì)磁電流和諧振輸入電流相等，整流二極管D3關(guān)斷。假設(shè)輸出電容無(wú)窮大，故認(rèn)為輸出電壓V0保持不變。在LLC串聯(lián)諧振變換器中勵(lì)磁電感Lm的作用將在下面詳細(xì)介紹。D4為輸出整流二極管；輸出電容C0和負(fù)載R0。Q2，采用占空比（高電平在一個(gè)周期之內(nèi)所占的時(shí)間比率）近似50%，固定死區(qū)時(shí)間的調(diào)頻控制方式進(jìn)行控制。但由于它在傳統(tǒng)串聯(lián)諧振變換器的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)諧振元件，電路特性變得更為復(fù)雜。（3）從輸出整流二極管電壓應(yīng)力情況上看，不對(duì)稱半橋變換器整流管耐壓分別為V0/D和V0/(1D)，會(huì)導(dǎo)致其中一只二極管耐壓非常高，然而LLC諧振變換器整流二極管電壓應(yīng)力為輸出電壓的2倍，不受輸入電壓變化影響。不對(duì)稱半橋變換器是在不改變開(kāi)關(guān)頻率的情況下，通過(guò)開(kāi)關(guān)管占空比改變來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓；而LLC諧振變換器是在不改變占空比的情況下，通過(guò)開(kāi)關(guān)頻率改變來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓。但是，采用這一方法后，電路仍不能達(dá)到全工作范圍的零電壓開(kāi)關(guān)。同時(shí)保持了電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、控制方式簡(jiǎn)單、開(kāi)關(guān)頻率恒定、元器件的電壓和電流應(yīng)力小等一系列優(yōu)點(diǎn)。但是，通過(guò)合理的設(shè)計(jì)可以克服這些缺點(diǎn)。有關(guān)它的工作過(guò)程分析和計(jì)算公式的推導(dǎo)，將在下一章節(jié)中展開(kāi)討論。其缺點(diǎn)是：調(diào)節(jié)范圍比較窄；輸出濾波電感比較大；由于變壓器原邊漏感無(wú)法參加諧振，造成變壓器電壓電流存在一定相位差，導(dǎo)致諧振回路中無(wú)功電流增加；電路內(nèi)循環(huán)電流較大，通態(tài)損耗加大。對(duì)于LCC諧振電路來(lái)說(shuō)，它結(jié)合上述兩電路的優(yōu)點(diǎn)。 圖15 并聯(lián)諧振變換器的主要波形 圖16并聯(lián)諧振變換器的電壓增益曲線并聯(lián)諧振變換器的優(yōu)點(diǎn)在于：工作頻率大于諧振頻率時(shí)，原邊MOS管實(shí)現(xiàn)ZVS開(kāi)通；輸出電流有效值較低；調(diào)節(jié)范圍較寬，變換器可以工作至輕載；輸出采用大濾波電感，對(duì)濾波電容脈動(dòng)電流要求小，適用于低壓大電流的場(chǎng)合。與串聯(lián)諧振變換器相比，并聯(lián)諧振變換器工作頻率范圍較小。整流輸出經(jīng)LC平滑濾波，向負(fù)載傳送能量。它是由兩個(gè)功率MOS管Q1amp。圖12和13分別給出了串聯(lián)諧振變換器在諧振點(diǎn)上的主要工作波形以及變換器輸出電壓增益曲線。對(duì)于串聯(lián)諧振變換器來(lái)說(shuō)，工作頻率大于諧振頻率才能實(shí)現(xiàn)原邊功率MOS管ZVS開(kāi)通。D3amp。圖11 串聯(lián)諧振變換器 圖11給出串聯(lián)諧振變換器的電路拓?fù)洹榱私档统杀竞蜏p小變換器體積，電源制造商意識(shí)到必須采用新技術(shù)。但是有損緩沖電路的實(shí)質(zhì)就是將功率器件所減少的能耗轉(zhuǎn)移到緩沖電路中，在強(qiáng)緩沖時(shí)反而會(huì)增加開(kāi)關(guān)電路損耗。（2）感性關(guān)斷和容性開(kāi)通問(wèn)題：由于電路中存在感性元件，當(dāng)開(kāi)關(guān)器件關(guān)斷時(shí)，在開(kāi)關(guān)器件兩端產(chǎn)生較高的電壓尖峰，容易造成開(kāi)關(guān)器件的電壓擊穿；其次，由于開(kāi)關(guān)器件中存在寄生電容，器件關(guān)斷時(shí)使寄生電容存儲(chǔ)能量，當(dāng)器件突然開(kāi)通時(shí)，儲(chǔ)存的能量將會(huì)瞬間耗散在開(kāi)關(guān)器件內(nèi)，可能會(huì)引起開(kāi)關(guān)器件過(guò)熱損耗，且由于電壓變化快，將會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的開(kāi)關(guān)噪聲，會(huì)嚴(yán)重影響器件的驅(qū)動(dòng)電路，從而使電路工作不穩(wěn)定。（即四分之一磚DC/DC做到250W功率輸出及92%以上的轉(zhuǎn)換效率）[1]60年代開(kāi)始使用的PWM變換器以其簡(jiǎn)單的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制方式得到廣泛的應(yīng)用。其特點(diǎn)是在第二代有源箝位的基礎(chǔ)上將磁芯復(fù)位時(shí)釋放出的能量轉(zhuǎn)送至負(fù)載。它采用P溝MOSFET在變壓器二次側(cè)用于forward電路拓樸的有源箝位。VICOR公司利用該技術(shù)，配合磁元件，將DC/DC的工作頻率提高到1MHZ，功率密度接近200W/in3，然而其轉(zhuǎn)換效率卻始終沒(méi)有超過(guò)90%，主要原因在于MOSFET的損耗不僅有開(kāi)關(guān)損耗，還有導(dǎo)通損耗和驅(qū)動(dòng)損耗。雖然技術(shù)模式百花齊放，然而從工程實(shí)用角度僅有兩項(xiàng)是開(kāi)發(fā)成功且一直延續(xù)到現(xiàn)在。 從八十年代末起，工程師們?yōu)榱丝s小DC/DC變換器的體積，提高功率密度，首先從大幅度提高開(kāi)關(guān)電源的工作頻率做起，但這種努力結(jié)果是大幅度縮小了體積，卻降低了效率。這樣其平均無(wú)故障工作時(shí)間才越來(lái)越長(zhǎng)，可靠性越來(lái)越好。 非并聯(lián)直流變換器采用進(jìn)口DCDC模塊組成，具有穩(wěn)壓精度高、輸出噪聲低、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，且體積小、重量輕一般的直流變換器都是單向的，也某些場(chǎng)合也會(huì)有雙向直流變換器來(lái)進(jìn)行工作。整機(jī)具有穩(wěn)壓精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、輸出雜音低、抗干擾能力強(qiáng)、工作溫度范圍寬等特點(diǎn)。其次，利用基波分析方法建立變換器數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)輸入電壓、輸出電壓和開(kāi)關(guān)頻率以及負(fù)載的關(guān)系，分析LLC諧振變換器空載特性和短路特性，推導(dǎo)感性和容性區(qū)域邊界條件，確定變換器穩(wěn)態(tài)工作區(qū)域，確定主開(kāi)關(guān)管實(shí)現(xiàn)ZVS條件，分析系統(tǒng)小信號(hào)模型和設(shè)計(jì)控制器。Ⅲ、進(jìn)度安排：第1周～第2周（2周）：根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求，收集、查閱和研究學(xué)習(xí)相關(guān)的信息和資料：確定相應(yīng)的技術(shù)方案和實(shí)施過(guò)程及規(guī)劃； 第3周～第5周（3周）：撰寫(xiě)論文初稿，查閱相關(guān)資料進(jìn)行修改； 第6周～第9周（4周）：設(shè)計(jì)電路圖，調(diào)試硬件； 第10周～第12周（3周）：完成MATLAB軟件設(shè)計(jì)； 第13周～第14周（2周）：充實(shí)論文，后期檢查整改。具體工作的步驟、內(nèi)容、要求安排如下： 1. 緒論，介紹研究的背景。河海大學(xué)文天學(xué)院學(xué)士論文 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）題目：全橋LLC諧振電源的設(shè)計(jì)與研究理論部分 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)Ⅰ、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 全橋LLC諧振電源的設(shè)計(jì)與調(diào)試?yán)碚摬糠? Ⅱ、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作內(nèi)容（從專業(yè)知識(shí)的綜合運(yùn)用、論文框架的設(shè)計(jì)、文獻(xiàn)資料的收集和應(yīng)用、觀點(diǎn)創(chuàng)新等方面詳細(xì)說(shuō)明）： 隨著軟開(kāi)關(guān)技術(shù)和并聯(lián)均流的發(fā)展，高性能的大功率高頻開(kāi)關(guān)電源的研究與開(kāi)發(fā)已成為電力電子領(lǐng)域的重要研究方向，高頻化,高效率，高功率密度和低損耗，低EMI噪聲是DC/DC變換器的發(fā)展趨勢(shì)，全橋LLC諧振變換器能夠?qū)崿F(xiàn)全負(fù)載范圍下原邊開(kāi)關(guān)管ZVS，副邊整流管ZCS,有效解決了移相全橋PWM ZVS DC/DC變換器存在的問(wèn)題，使得LLC諧振拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)成為電力電子技術(shù)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。2. 以全橋