【正文】 1）增加電路環(huán)流，從而增加變換器的導通損耗； 2）加重了副邊電壓占空比丟失，從而增加原邊電流及副邊二極管電壓應力； 3）飽和電感以很高的頻率在正負飽和值之間切換，磁芯的損耗會很大，發(fā)熱嚴重。 針對上述問題，常見的解決方法是在變壓器原邊串接一個飽和電感 Ls，擴大變換器的零電壓開關范圍 [1119]。 移相控制的全橋 PWM 變換器存在一個主要缺點是，滯后臂開關管在輕載下難以實現(xiàn)零電 壓開關，使得它不適合負載范圍變化大的場合 [1]。從而有效地降低了電路的開關損耗和開關噪聲，減少了器件開關過程中產(chǎn)生的電磁干擾，為變換器提高開關頻率、提高效率、降低尺寸及重量提供了良好的條件。 移相全橋 PWM ZVS DC/DC 變換器與 LLC 串聯(lián)諧振變換器比較 移相控制的全橋 PWM變換器是在中大功率 DC/DC變換電路中最常用的電路拓河海大學文天學院學士論文 9 撲形式之一。 LLC 串聯(lián)諧振變換器自身的缺點在其他三種電路中也是存在的。 相對于前面三種諧振變換器， LLC 串聯(lián)諧振變換器優(yōu)點在于： 在空 載到全負載范圍內(nèi)，原邊功率 MOS 管實現(xiàn) ZVS 開通，輸出整流二極管實現(xiàn) ZCS 關斷，變壓器勵磁電感和漏感能夠被利用，可以集成到一顆磁芯上；原邊開關管關斷電流較小，關斷損耗較低；較高輸入電壓下具有高效率；輸出整流二極管電壓應力低，能減小到兩倍輸出電壓；輸出端無濾波電感。類似地，當 Q2關斷時，諧振電感 Ls、諧振電容 Cs和勵磁電感 Lm一起諧振，使 Q1輸出電容 C1上電壓變?yōu)榱悖缓?D1導通，為 Q1的 ZVS 創(chuàng)造條件。 河海大學文天學院學士論文 8 LLC 串聯(lián)諧振變換器 圖 110 LLC 串聯(lián)諧振變換器 LLC 串聯(lián)諧振變換器結構如圖 110 所示。 圖 18 串并聯(lián)諧振變換器的主要波形 圖 19 串并聯(lián)諧振變換器電壓增益曲線 LCC 串并聯(lián)諧振變換器的優(yōu)點在 于： 原邊 MOS管實現(xiàn) ZVS 開通；電路的工作頻率變化范圍比較窄；輸出電流有效值較低；當負載變輕或者空載時，變換器偏向于并聯(lián)諧振變換器特性，通過調(diào)節(jié)開關頻率能在較寬輸入電壓范圍內(nèi)調(diào)節(jié)輸出電壓。同并聯(lián)諧振變換器一樣，串并聯(lián)諧振變換器空載也能夠調(diào)節(jié)輸出電壓。它是由三個諧振元件構成：諧振電感 Ls、諧振電容 Cs 與 Cp 串聯(lián)。 其缺點為： 電路中循環(huán)電流比較大；輸出濾波電感比較大，不利于功率密度的提高；諧振回路電流與負載輕重無關，開關管通態(tài)損耗相對固定，變換器在輕載下效率較低，適合于輸出電 壓范圍較窄和額定功率處負載相對穩(wěn)定的場合。圖 1 16 分別給出并聯(lián) 諧振變換器的主要工作波形和變換器增益曲線。輕載時，它只要稍微增加開關頻率就能調(diào)節(jié)輸出電壓。與串聯(lián)諧振變換器一樣，工作頻率大于諧振頻率才能實現(xiàn)原邊 MOS 管的 ZVS。當諧振電容 Cp 端電 壓大于零時， D3導通流過輸出濾波電感電流 I0；當諧振電壓 Cp 端電壓小于零時， D4導通流過電流 I0。C2 是其體內(nèi)二極管和輸出電容，雖然諧振電感 Lp 和諧振電容 Cp 串在一起，但是負載是和諧振電容并在一起的。Q2組成上下橋臂， D1amp。 并聯(lián)諧振變換器 圖 14 并聯(lián)諧振變換器 河海大學文天學院學士論文 6 并聯(lián)諧振變換器結構如圖 14 所示。 圖 12串聯(lián)諧振變換器的主要波形 圖 13 串聯(lián)諧振變換器的電壓增益曲線 串聯(lián)諧振變換器的優(yōu)點在于： 工作頻率大于諧振頻率時，原邊功率 MOS 管 ZVS 開通，輸出二極管 ZCS 關斷，開關損耗小；電路結構簡單，沒有輸出濾波電感，輸出整流二極管上電壓應力較??；電路中的循環(huán)電流較低；諧振回路電流隨著負載變輕而減小，因此輕載效率較高；串聯(lián)諧振電容起到隔直 作用，防止高頻變壓器飽和。而串聯(lián)諧振變換器比較 嚴重的問題是輕載下需要較高開關頻率保持輸出電壓不變。如果開關頻率小于諧振頻率時，開關管工作在 ZCS 狀態(tài)。通過改變工作頻率來改變諧振回路阻抗，從而輸出電壓就會改變。D4以及變壓器構成零式全波整流環(huán)節(jié)。C2為其體內(nèi)二 極管和輸出電容。由功率 MOS 管 Q Q2組成半橋臂，D1amp。諧振變換器有多種不同的分類方法，根據(jù)負載與諧振電路的連接關系，可以分為串聯(lián)諧振變換器 [16]（ SRC， series resonant converter）、并聯(lián)諧振變換器 [7]（ PRC， parallel resonant converter）、兩者結合所生成的串并聯(lián)諧振變換器 [9]（ SPRC，seriesparallel resonant converter）以及 LLC 串聯(lián)諧振變換器 [912 ]諧振電源裝置是利用無功補償原理 ,只需用較低電壓和較小容量的試驗電源 ,可進行大型發(fā)電機 ,電纜以及 GIS 組合電器的耐壓試驗 .這種試驗方法安全可靠 ,并能有效地檢出有絕緣缺陷的電氣設備。因此，如何選擇合適電路拓撲，在不增加成本前提下，有效利用軟開 關技術達到設計要求，是電源工程師的首要任務。 隨著電源技術深入發(fā)展，市場競爭激烈加劇。采用無損緩沖電路可以減小這一矛盾，但需要額外增加元件，大大增加電路復雜性。緩沖電路中儲能元件 L和 C的值決定開關電流和電壓緩慢上升程度，其數(shù)值越大，緩沖能力越強，開關損耗越小。 （ 3）二極管反向恢復問題：其在反向恢復期間仍處于導通狀態(tài)，同一橋臂的開關器件此時立即開通，很容易造成直流電源瞬間短路，產(chǎn)生過大的電流沖擊。硬開關技術存在以下缺陷： （ 1）開通和關斷耗大：開關器件的電壓和電流交疊形成的開關損耗隨著開關頻率增加而增加。但是由于傳統(tǒng) PWM 變換器中開關器件工作在硬開關狀態(tài)下，功率開關 管的開通與關斷是在開關器件電壓和電流不為零的狀態(tài)下進行的，迫使開關器件電壓未降到零時開通，或電流未降到零時關斷。因而工作頻率較高，采用該技術可以將 ZVS軟開關、同步整流技術、磁能轉換都結合在一起，因而它實現(xiàn)了高達 92%的效率及 250W/in3 以上的功率密度。所以實現(xiàn)了更高的轉換效率。 為了讓磁能在磁芯復位時不白白消耗掉，一位美籍華人工程師于 2020 年申請了第三代有源箝位技術專利，并獲準。這使產(chǎn)品成本減低很多。 為了降低第一代有源箝位技術的成本， IPD 公司申報了第二代有源箝位技術專利。特別是驅(qū)動損耗隨工作頻率的上升也大幅度增加，而且因 1MHZ頻率之下不易采用同步整流技術，其效率是無法再提高的。第一代系美國 VICOR 公司的有源箝位ZVS技術，其專利已經(jīng)于 2020 年 2 月到期。一項是 VICOR 公司的有源箝位 ZVS軟開關 技術；另一項就是九十年代初誕生的全橋移相 ZVS軟開關技術。工程師們開始研究各種避開開關損耗的軟開關技術。發(fā)熱增多，體積縮小，難過高溫關。而如今半磚的 DC/DC 輸出功率已達 到 300W，轉換效率高達 %。因此如何開發(fā)設計出更高功率密度、更高轉換效率、更低成本更高性能的 DC/DC 轉換器始終是近二十年來電力電子技術工程師追求的目標。除去常規(guī)電性能指標以外，對其體積要求越來越小，也就是對其功率密度的要求越來越高，對轉換效率要求也越來越高，也即發(fā)熱越來越少。 直流變換器技術現(xiàn)狀及未來的發(fā)展 分布式電源系統(tǒng)應用的普及推廣以及電池供電移動式電子設 備的飛速發(fā)展，其電源系統(tǒng)需用的 DC/DC 電源模塊越來越多。智能機型配有 RS485接口，可與配套監(jiān)控模塊、 PC機、 PLD 等其它智能設備連接，完成遠端監(jiān)控，實現(xiàn)電源系統(tǒng)四遙功能。面板上的中文液晶可顯示本電源模塊的工作狀態(tài)，也可直觀顯示電壓電流等數(shù)據(jù)；模塊的各種保護功能齊全；模塊內(nèi)置均充、浮充切換電路，并可選擇手動或自動控制 。 關鍵詞：諧振變換器，軟開關，基波分析方法，過流保護，損耗分析 河海大學文天學院學士論文 II Abstract In DC/DC converter applications, high frequency, high power density, high efficiency is the development trend. As a focus in DC/DC converters research fields nowadays, LLC series resonant converter can solve well these problems such as hard to achieve ZVS in light load and revere recovery problems, also work well without any load, and the current through the resonant work is response to the variation on load. Just with the advantages paring to the series converter or the parallel converter, it can be widely focused on and used nowadays. The dissertation first analyzes three traditional resonant converters and pares them with LLC resonant converter, and then sums up the advantages of LLC resonant converter, and discusses in detail its principle and the operation modes in each frequency range, and the disadvantages and harmfulness in the noninductance range and the work states in the light load. Secondly, based on the fundamental harmonic approximation (FHA), the mathematics model of the converter is obtained, the gain relations between input and output voltage depending on switching frequency and load conditions are given, the noload and short characteristic is analyzed, steady working region of LLC resonant converter is confirmed, and the conditions to achieve ZVS are given, smallsignal model is analyzed and the controller is designed. Finally, the calculation process of the resonant parameters is summed up, then the main circuit parameters and control circuit is designed, the fruit way of overcurrent protection is adopted, and the losses of the converter are analyzed in detail. The experimental results prove that LLC resonant converter haves the advantages such as ZVS characteristic, simple circuit structure, the achievement of high frequency and high power density and high efficiency, the wide range of input voltage and output power, and 河海大學文天學院學士論文 III the low voltage stress of output rectifier diodes. Keywords: resonant converter, softswitches, FHA, overcurrent protection, analysis of loss 河海大學文天學院學士論文 目錄 摘 要 .............................................................................................................................. I Abstract .................................................................................................................