【正文】 閱和借閱。對論文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。申請上海交通大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文LLC 半橋諧振電路的設(shè)計(jì)與應(yīng)用學(xué) 校： 上海交通大學(xué)院 系： 微納科學(xué)研究院Design and Application of LLC Half bridge Resonant circuit Author：Dong Yan Specialty: Semiconductor Science Advisor Ⅰ: Prof. Dai Qingyuan Advisor Ⅱ: School of Electronics and Electric EngineeringShanghai Jiao Tong UniversityShanghai， Jan， 2022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(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。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。本學(xué)位論文屬于 不保密□。雖然在這方面可選的 DCDC 拓?fù)浔姸?，但?LLC 半橋諧振電路憑借其軟開關(guān)的特點(diǎn)在滿足以上要求擁有獨(dú)特的優(yōu)勢。首先，它可以在輸入和負(fù)載大范圍變化的情況下調(diào)節(jié)輸出，同時(shí)開關(guān)頻率變化相對很小。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(shí)現(xiàn) ZVS 的。并以 90W 電腦適配器項(xiàng)目為設(shè)計(jì)目標(biāo)，對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行測試，驗(yàn)證理論提出的優(yōu)化方案。文章第一部分總結(jié)了不同諧振變換器的優(yōu)缺點(diǎn)，介紹了 LLC 型諧振變換器的原理，并對 LLC 半橋諧振電路在各個(gè)時(shí)間周期的工作特性和原理進(jìn)行逐一闡述和分析。第三部分提出實(shí)際優(yōu)化方案，其中包括設(shè)計(jì)主變壓器設(shè)計(jì)和關(guān)鍵元器件的選擇，并從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中驗(yàn)證。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(shí)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。關(guān)鍵詞：LLC, 半橋諧振電路, MOSFET, 軟開關(guān)上海交通大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 ABSTRACT~ II ~Design and Application of LLC Half bridge Resonant CircuitABSTRACTModern switching power demands power supply with high power density, smooth EMI signal, and high efficiency, less external ponents. Although there are variable DCDC topology in this field, LLC half bridge resonant circuit has unique advantages because of its ZVS (Zero Voltage Switching) feature. As for other normal resonant circuit, LLC resonant circuit has lots of virtue. Firstly, LLC resonant circuit is able to adjust output when input voltage and output load change in wide range. Meanwhile its switching frequency has little change pares to other normal resonant circuit. Secondly, LLC resonant circuit is able to achieve ZVS within whole operation range. Lastly, in LLC resonant circuit, all the ponents are to achieve ZVS, including all capacitor, leakage inductor and magizing inductor of transformer.In this article, different resonant circuits are contrasted and main advantages of LLC resonant circuit es out through the parison. Then through 90W adaptor project, the optimization proposals are verified in experiment by testing whole board. There are two stages in 90W adaptor, first stage is PFC circuit based on L6563, and second stage is LLC half bridge resonant circuit based on L6599. First part of this article is to conclude virtue and defect of different resonant circuit and introduce the principle. The working feature and principle are explained one by one when circuit working in different period. In second part of this article, LLC half bridge resonant circuit simplification and model build are introduced. Through conversion ratio of LLC resonant circuit, the main design key points are concluded. Some optimization proposals are 上海交通大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 ABSTRACT~ III ~raised in the third part of this article, including design key points of main transformer and key ponents selection. They are needed to be verified in experiment. In the last part of this article, by working on project 90W adapter for notebook, the design flowchart is listed step by step. Both PFC circuit and LLC half bridge resonant circuit are included. Meanwhile, the relative problems in experiment are also raised and its solution is provided according to personal point of view. The testing job is not only for this 90W LLC half bridge resonant adaptor, but also other 90W adaptor with different topology. By pared with other topoloies, 90W half bridge LLC has obvious advantage on efficiency. For other factors, it also performs very well.KEY WORDS LLC, Half bridge resonant circuit, MOSFET, ZVS 上海交通大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 符號說明~ IV ~符號說明Abbreviations縮略語Full spelling英文全名Chinese explanation中文解釋PFC Power Factor Corrector 功率因數(shù)校正器ZVS Zero Voltage Switching 零電壓開通SRC Seires Resonant Circuit 串聯(lián)諧振電路PRC Parallel Resonant Circuit 并聯(lián)諧振電路SPRC Seires Parallel Resonant Circuit 串并聯(lián)諧振電路★ 注：在此縮略語按字母順序排列，并非按文中出現(xiàn)順序排列。提高開關(guān)頻率能減小體積，提高功率密度及可靠性，平滑變化的波形和較小的電壓/電流變化率也有利于改善系統(tǒng)的電磁兼容性，降低開關(guān)噪聲。諧振網(wǎng)絡(luò)通常由多個(gè)無源電感或電容組成，由于元件個(gè)數(shù)和連接方式上的差異，按不同諧振方式可分為串聯(lián)諧振變換器、并聯(lián)諧振變換器以及兩者結(jié)合產(chǎn)生的串并聯(lián)諧振變換器。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(shí)，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(shí)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(shí)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。為了解決傳統(tǒng)諧振變換器的局限性，提出了 LLC 諧振變換器；因?yàn)樗鼉?yōu)于常規(guī)串聯(lián)諧振變換器和并聯(lián)諧振變換器，在負(fù)載和輸入變化較大時(shí),頻率變化仍很小，且全負(fù)載范圍內(nèi)切換可實(shí)現(xiàn)零電壓轉(zhuǎn)換(ZVS)。在 70W 500W 交流輸入電源中，由于 LLC 半橋諧振轉(zhuǎn)換器 (效率通常在 90%以上) 的效率高于標(biāo)準(zhǔn)電源拓?fù)?，所以其運(yùn)用越來越廣泛。上海交通大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 　第一章引言 ~ 2 ~ 課題研究內(nèi)容與任務(wù) 課題研究內(nèi)容本論文的主要研究的內(nèi)容如下：分析 LLC 半橋諧振電路的工作原理和不同周期電路工作狀態(tài)；采用數(shù)學(xué)建模方式，建立 LLC 諧振器的分析模型，然后利用該模型分析和總結(jié)設(shè)計(jì)要素；提出 LLC 半橋諧振電路優(yōu)化方案，并通過試驗(yàn)論證方案；在進(jìn)行 90W 電腦適配器的實(shí)際項(xiàng)目中，對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，系統(tǒng)由兩級構(gòu)成，第一級為基于 L6563 芯片的 PFC 電路，第二級為基于 L6599 芯片的 LLC 半橋諧振電路；90W 電腦適配器整機(jī)性能測試，并且比較分析與市場上同類產(chǎn)品應(yīng)用不同拓?fù)潆娐方Y(jié)構(gòu)式的性能； 課題研究任務(wù)通過反復(fù)驗(yàn)證總結(jié)優(yōu)化方案，為項(xiàng)目提供理論基礎(chǔ)及實(shí)踐論證；本人通過參與 90W電腦適配器項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與測試，做到掌握 LLC 半橋諧振電路的工作原理和優(yōu)化設(shè)計(jì)，并參與測試 90W 適配器的整機(jī)性能，協(xié)助測試和分析在市場上同類適配器應(yīng)用不同電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的系統(tǒng)性能。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。具體研究了 LLC 諧振電路的優(yōu)化方案，并從 4 個(gè)不同方面提出具體改進(jìn)措施。本文各章節(jié)安排內(nèi)容如下：第二章 LLC半橋諧振電路原理本章比較了不同諧振電路，分析了 LLC 半橋諧振電路在各個(gè)時(shí)間的工作特性和狀態(tài)，闡述了 LLC 諧振變換器的工作原理和工作過程，說明 LLC 諧振變換器是一種具有布線簡單、成本低、性能穩(wěn)定和可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)借助 LLC 諧振電路直流特性圖分析其不同工作區(qū)域：容性區(qū)，感性區(qū)，邊界區(qū)和負(fù)載獨(dú)立工作點(diǎn)。第四章 模塊的硬件設(shè)計(jì)本章闡述 LLC 諧振電路可以從四個(gè)方面著手優(yōu)化電路。第二是變壓器和諧振電感的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以得出，λ 值需合理設(shè)計(jì)，過大或過小均會影響電路增益和工作頻率范圍，其值需在實(shí)驗(yàn)中微調(diào)。最后是要選擇具有初級測電流監(jiān)測功能的 LLC 半橋諧振電路 PWM 控制芯片，這種芯片可以有效防止電路進(jìn)入容性區(qū)域，提高效率。下一章將對本實(shí)驗(yàn)板，驗(yàn)證理論分析和設(shè)計(jì)的正確性。第七章 實(shí)驗(yàn)中遇到的問題及解決方案 在實(shí)驗(yàn)中，當(dāng) LLC 半橋諧振電路開機(jī)時(shí)，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(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，由于開機(jī)瞬間諧振腔沒有正常工作，下管選擇需較小體二極管恢復(fù)時(shí)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(xiǎn)。但是，它們都不適合應(yīng)用于開關(guān)頻率高和效率高的場合。最后，這三種諧振電路的工作頻率都會隨著輸入電壓的增加而提高，并且隨輸入電壓的增加，工作頻率離諧振頻率越遠(yuǎn)。盡管這三種諧振電路都有各自的缺點(diǎn)，但是通過它們?nèi)钥梢缘贸隹偨Y(jié)：第一，諧振電路都有兩個(gè)