半桥LLC谐振变换器的研制

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随着开关电源技术的发展,高频化、高效率、高功率密度已成为发展的主流趋势,虽然开关频率增加能缩小磁性元件体积,但随之会产生各种新的问题:开关损耗随着开关频率的增加成比例地上升;在开/关时刻电压和电流应力会出现尖峰,给功率器件带来不良影响,使功率器件的运行轨迹超出安全工作区(SOA),不利于器件可靠性;过高的di/dt和du/dt将产生严重的电磁干扰(EMI)。软开关技术可以通过高频下减少开关损耗,借此改善电源效率。LLC谐振变换器效率高,易于控制,拓扑结构简单,能够全负载区间内实现原边侧开关管ZVS,副边侧整流二极管ZCS且承受较小电压应力,磁性元件集成度较高能有效减小磁件体积和电磁兼容比较容易处理等诸多优点,因此,这一变换器的应用相对于其他变换器而言更广泛。本文详细分析了变换器三个频率区间的工作阶段,应用基波近似法(FHA)对LLC谐振变换器的稳态直流增益进行了深入的探讨,并通过一种简单的谐振参数设计方法,结合本课题的实际要求,给出了谐振参数的实际计算结果。在介绍了同步整流技术的工作原理和特点后,归纳了LLC同步整流的驱动方案。在此基础上选取了一种镜像源检测驱动的分立元件同步整流驱动方法,该方法通过检测同步整流管的漏源极电压Vds来控制同步整流管的导通和截止。并分析了寄生参数对控制信号产生的干扰问题,经验证此方法电路结构简单,同步整流效果良好,具有较好的成本优势,能够普遍应用于中小功率场景,具有较高的应用价值。本文围绕LLC变换器的磁件设计进行了深入探讨,依次阐述分立、集成两类磁性元件设计。对磁集成的两种集成方法进行了比较,分析了其优缺点。结合本课题的实际要求,采用解耦集成的方法设计了变压器和谐振电感集成的磁件,最后验证了方案的可行性和实用性。按照本文课题项目的规格,设计出一台400W的LLC谐振变换器样机,经过实验结果分析,验证了谐振参数设计的合理性,同步整流效果良好,解耦集成的磁件达到了预期的目标。
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