【摘 要】
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传统LLC谐振变换器能够在全负载范围内实现软开关,变换效率较高,因此被广泛应用在各种领域。但在宽输入电压场合仍需要较宽的频率调节范围,这导致效率严重下降,不再适用于新能源发电单元、燃料电池等宽输出电压场合。因此就需要一款能够在宽输入电压范围下也能高效运行的后级DC/DC变换器。文章在传统全桥LLC谐振变换器的基础上,对电路拓扑和控制方法加以改进:在电路拓扑上,介绍了一种变频控制的双谐振腔LLC变换
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传统LLC谐振变换器能够在全负载范围内实现软开关,变换效率较高,因此被广泛应用在各种领域。但在宽输入电压场合仍需要较宽的频率调节范围,这导致效率严重下降,不再适用于新能源发电单元、燃料电池等宽输出电压场合。因此就需要一款能够在宽输入电压范围下也能高效运行的后级DC/DC变换器。文章在传统全桥LLC谐振变换器的基础上,对电路拓扑和控制方法加以改进:在电路拓扑上,介绍了一种变频控制的双谐振腔LLC变换器;在控制策略上,将磁控制的可变电感技术应用于全桥双谐振腔LLC变换器。该变换器能够在宽输入电压范围下降低变换器的电压增益需求,在不牺牲效率的前提下拓宽输入电压的范围。并且所提变换器还具有以下优点:电路结构简单;控制环路易于实现;原边不存在无功环流。此外,可边电感控制使变换器工作在定频模式下,不仅EMI较好,而且还避免了变频控制时的频率变化范围宽、磁性元件功率密度高以及损耗高等问题。本文首先详细介绍了全桥LLC谐振变换器工作原理,并基于FHA分析法分析了传统全桥LLC谐振变换器的电压增益特性,根据分析结果推算出变换器谐振腔的各项参数以及ZVS实现条件。其次,为了降低变换器在宽输入电压范围下的电压增益需求,在传统全桥LLC谐振变换器拓扑的基础上增加了一个谐振腔,构成全桥双谐振腔网络。根据全桥双谐振腔LLC变换器的工作原理可以将其等效成传统全桥LLC变换器,并以此推导得到变换器的电压增益特性以及功率分配特性,然后根据PSIM仿真验证了所提变换器的合理性。然后,在简单介绍可变电感控制的全桥双谐振腔LLC变换器的工作原理之后,对电感变化后的电压增益公式进行推导。然后对可变电感的工作原理及控制环路进行详细介绍,并给出谐振腔电路参数计算方法以及可变电感、变压器的详细设计方法。最后设计了一台输入为120～400V,输出为48V/5A的实验样机,验证了可变电感控制的合理性与可行性。
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