llc諧振全橋dcdc變換器設(shè)計(jì)修改-文庫(kù)吧資料
2025-07-05 18:20本頁(yè)面
【正文】 由原副邊電流有效值分別為Ip_RMS=，Is_RMS=：（39）變壓器的磁芯損耗為： （40）因此，變壓器總的損耗為： （41）4. 系統(tǒng)效率計(jì)算變換器的總損耗為 （42）效率為： （43）可以看出系統(tǒng)在整個(gè)過(guò)程中的效率達(dá)到了所要求的數(shù)量值，說(shuō)明了器件選型和數(shù)據(jù)取舍是合理的。2. 二極管損耗計(jì)算通過(guò)二極管的平均電流為Id,avg=Io=10A，有效電流為Id,rms=。則實(shí)際紋波值為： （33）Ic_rms為流過(guò)電容的電流有效值，可以通過(guò)下式求得： （34）因此，輸出電壓的紋波達(dá)到預(yù)期的要求。為了盡可能多的降低電容上的損耗，這里選低ESR的電容。 輸出電容設(shè)計(jì)從全橋LLC諧振變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及工作原理可知，其輸出只需要電容濾波，而電容值的大小與輸出電壓紋波緊密相關(guān)。 開(kāi)關(guān)管和整流二極管選取在全橋變換器中，開(kāi)關(guān)管所承受的最大電壓為最大的輸入直流電壓，即MOSFET電壓的峰值為： （28）MOSFET電流的峰值為： （29），電流值2倍裕量，最終選擇英飛凌推出的CoolMOSIPW65R041CFD，其耐壓為650V。不僅滿足了電流的應(yīng)力，同時(shí)降低了由趨膚效應(yīng)產(chǎn)生的損耗。根據(jù)變壓器變比可求得初級(jí)匝數(shù)為： （27）取初級(jí)匝數(shù)為92匝。把數(shù)據(jù)帶入上式，得（24）選用TDK的ETD39磁芯，其AP=，Ae=，Aw=，ΔB= T。而用磁集成思路來(lái)對(duì)LLC諧振變換器進(jìn)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(lì)磁電感用作Lm，這樣就把不利的因數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)橛欣臈l件，而且不用額外增加兩個(gè)電感，使得變換器的體積大大減小。 磁集成變壓器設(shè)計(jì)LLC諧振變換器的集成思路是：把諧振電感和勵(lì)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。根據(jù)最大增益的要求，諧振腔最大的品質(zhì)因數(shù)QmaxQmax2為： （15）（16）所以整個(gè)工作范圍內(nèi)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。 諧振電路參數(shù)設(shè)計(jì)根據(jù)分析，為了滿足變換器在輸入電壓Vin_nom時(shí)工作在fr附近，利用此時(shí)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(dǎo)通壓降，這里取1V。所以在設(shè)計(jì)電路的時(shí)候，為了使變換器處在理想的工作范圍內(nèi)，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。在fmfs≤fr內(nèi)，諧振網(wǎng)絡(luò)阻抗呈現(xiàn)感性，不僅開(kāi)關(guān)可以實(shí)現(xiàn)ZVS，同時(shí)整流二極管也可以實(shí)現(xiàn)ZCS，是最佳的工作范圍。但是Lm在整個(gè)過(guò)程中都被副邊電壓鉗位，沒(méi)有參與諧振，所以變壓器的就會(huì)持續(xù)工作，D5和D6處于連續(xù)導(dǎo)通模式，不能實(shí)現(xiàn)ZCS，就會(huì)出現(xiàn)反向恢復(fù)問(wèn)題。與階段2類似，只是在t3時(shí)刻，出現(xiàn)ir=im，兩者差為零，這一瞬間D5關(guān)斷，階段3結(jié)束。當(dāng)SS3的驅(qū)動(dòng)信號(hào)來(lái)到時(shí)，階段2結(jié)束。Lm仍被鉗位，只有Lr和Cr參與諧振。當(dāng)SS4驅(qū)動(dòng)信號(hào)消失，階段1結(jié)束。工作階段1：在t0時(shí)刻，SS4導(dǎo)通，由圖5可知，諧振電流ir大于勵(lì)磁電流im，兩者之差大于零，經(jīng)過(guò)變壓器流入二極管D5使其導(dǎo)通，D6截止。fr時(shí)的工作情況圖5給出了變換器在fsfr時(shí)的工作波形，可將一個(gè)工作周期分成6個(gè)工作階段。由于缺少了Lm參與諧振過(guò)程的兩個(gè)階段，使得D5和D6的電流處在臨界連續(xù)狀態(tài)。全橋LLC諧振變換器在fmfsfr內(nèi)工作時(shí)的輸出電壓為： （8）=fr時(shí)的工作情況圖4給出了變換器在fs=fr時(shí)的工作波形。此階段內(nèi)，ir仍小于im，ir以正弦形式繼續(xù)減小，im繼續(xù)線性下降，Lm被鉗位，D6導(dǎo)通，D5截止，能量通過(guò)變壓器傳遞到二次側(cè)，并由D6傳遞給負(fù)載。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，im線性減小，當(dāng)C1和C4上電壓等于輸入電壓，C2和C3上電壓被放到零時(shí)，階段3結(jié)束。工作階段3：在t2時(shí)刻，SS4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)消失，SS4關(guān)斷，進(jìn)入死區(qū)時(shí)間，由于irim，所以流入變壓器的電流改變方向，使得D6導(dǎo)通，D5截止，能量通過(guò)D6傳給負(fù)載。因?yàn)樽儔浩髦袥](méi)有能量傳輸，Lm不再被副邊電壓鉗位，而是與Lr、Cr共同參與諧振，因LmLr，所以諧振頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于開(kāi)關(guān)頻率，可以近似認(rèn)為這段時(shí)間內(nèi)的ir波形是一條水平直線，并對(duì)Cr不斷充電。im經(jīng)歷了從負(fù)的最大值增加到正的最大值的過(guò)程，所以有： （4）ir有效值可表達(dá)為： （5）式中：Io為變換器的輸出電流。當(dāng)ir=im時(shí)，D5因沒(méi)有電流流過(guò)而關(guān)斷，階段1結(jié)束。由于輸出電壓的影響，Lm兩端被副邊電壓鉗位，此時(shí)只有Lr和Cr參與諧振，im線性上升，ir也經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)管SS4以正弦形式慢慢變化，輸入能量則通過(guò)D5傳給了負(fù)載。圖2 fmfsfr時(shí)工作波形圖（a） 工作階段1(t0~t1)（b） 工作階段2 (t1~t2)（c） 工作階段3 (t2~t3)（d） 工作階段4 (t3~t4)圖3 變換器在fmfsfr時(shí)前半個(gè)周期工作階段1：(t0~t1)：開(kāi)關(guān)管S1和S4的體二極管在t0之前就已經(jīng)導(dǎo)通，所以實(shí)現(xiàn)了ZVS。圖2給出了變換器在fmfsfr時(shí)的工作波形，可將一個(gè)工作周期分成8個(gè)工作階段。本文對(duì)此頻率范圍內(nèi)變換器的工作情況不做討論分析。由于LLC諧振變換器的逆變電路選的開(kāi)關(guān)管是MOSFET，它是單極性器件，所以可以通
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