前言

在應(yīng)對(duì)高壓方面，提出了三電平解決方法，由此三電平LLC變換器拓?fù)浔惶岢觥榱吮ＷC變換器具有高效率，通常采用脈寬頻率調(diào)制PFM和定頻移相調(diào)制FF-PSM混合調(diào)制策略。不管使用何種調(diào)制策略，其諧振參數(shù)是LLC變換器的設(shè)計(jì)關(guān)鍵。本次學(xué)習(xí)的文章提出了基于最大電壓增益和效率優(yōu)化的諧振參數(shù)優(yōu)化方法，文中依據(jù)損耗模型分析了諧振頻率的選取和效率之間的關(guān)系，從而得到優(yōu)化參數(shù)，并研制了600W實(shí)驗(yàn)樣機(jī)證明了優(yōu)化參數(shù)的正確性。

目錄

1 概述

2 基于最大增益的效率優(yōu)化法設(shè)計(jì)諧振參數(shù)

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

4 參考文獻(xiàn)

1 概述

盡管LLC變換器有顯著的優(yōu)點(diǎn)，但限制條件也很多。根據(jù)LLC特性的分析，其拓?fù)浔旧聿贿m用于寬電壓范圍，其原因?qū)掚妷悍秶鷮?dǎo)致磁性器件設(shè)計(jì)變得困難、軟開關(guān)實(shí)現(xiàn)變得困難等。為了提升變換器性能拓展應(yīng)用范圍，學(xué)者們從拓?fù)?、調(diào)制策略、新型器件等方法發(fā)力，提出了各種優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，這極大地推廣了LLC變換器，使得在市場上得到了廣泛的應(yīng)用。LLC的關(guān)鍵在于三個(gè)諧振元件參數(shù)的設(shè)計(jì)，通常有三種設(shè)計(jì)方法：基波近似、時(shí)域分析和基波近似與時(shí)域矯正分析。基于上述分析方法也有學(xué)者提出了智能算法優(yōu)化、峰值增益精確計(jì)算、時(shí)域仿真等優(yōu)化方法。該文章針對(duì)脈寬頻率調(diào)制和定頻移相調(diào)制混合調(diào)制策略，通過最大增益下電感比、品質(zhì)因數(shù)和頻率之間的關(guān)系設(shè)計(jì)諧振參數(shù)，最后搭建樣機(jī)對(duì)參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證。半橋三電平LLC拓?fù)淙鐖D1所示。

2 基于最大增益的效率優(yōu)化法設(shè)計(jì)諧振參數(shù)

文章首先分析了半橋三電平LLC混合調(diào)制的工作過程，推導(dǎo)了電壓、電流的表達(dá)式，給出了混合調(diào)制策略下的電壓增益曲線，如圖2所示。

根據(jù)分析可得，移相模式下電壓增益與負(fù)載和諧振腔無關(guān)?；谧畲笤鲆娣秶闹C振腔參數(shù)設(shè)計(jì)主要是優(yōu)化頻率窗口和降低電路損耗。根據(jù)PFM模式分析可得，調(diào)頻電壓增益與諧振回路參數(shù)k和Q有關(guān)，從而分析了k和Q對(duì)電壓增益的影響，得到小于諧振頻率時(shí)，減小Q或者k可以得到大的峰值增益。傳統(tǒng)諧振腔設(shè)計(jì)方法通過降低k來拓寬電壓增益，將導(dǎo)致效率降低。

文中從效率出發(fā)，討論了k和Q對(duì)變換器效率的影響，表示式如下

根據(jù)上述表達(dá)式得到效率曲面圖，如圖3所示。

從圖3可以得出，效率隨著k和Q的增加而增大。若要實(shí)現(xiàn)高效率，k和Q的值需要盡可能大。但這會(huì)導(dǎo)致電壓峰值增益降低，因此需要k和Q的值需要折衷。

通過k和Q對(duì)效率的影響分析，文中基于半橋三電平LLC給出了諧振參數(shù)的設(shè)計(jì)流程，如圖4所示。

若k和Q的確定，即可得到損耗與諧振電感、頻率之間的關(guān)系，如圖5所示。

從圖5看出，損耗隨著頻率或勵(lì)磁電感的增加而減小。但頻率過小，高增益時(shí)電流大，磁性元件易飽和；而頻率過大，這對(duì)于開關(guān)器件的開關(guān)速度要求更苛刻。因此需要根據(jù)實(shí)際需求選擇諧振頻率。

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

文中設(shè)計(jì)了輸入400V，輸出120V～300V/600W樣機(jī)，樣機(jī)諧振參數(shù)：諧振電感56uH，勵(lì)磁電感197uH，諧振電容32nF。輸出120V、滿載和半載工況測試波形如圖6a所示；輸出300V、滿載和半載工況測試波形如圖6b所示。

從圖6測試結(jié)果看出，通過該參數(shù)設(shè)計(jì)方法，變換器原邊開關(guān)管均實(shí)現(xiàn)ZVS。變換器的峰值效率到達(dá)了96.2%。在PFM模式下隨著遠(yuǎn)離諧振點(diǎn)時(shí)，效率逐漸降低，這是因?yàn)槟芰凯h(huán)流時(shí)間增加，損耗增大；在FF-PSM模式下隨著移相角的增加，效率逐漸降低。

該文中通過電感比、負(fù)載變化對(duì)效率的影響，提出了基于增益增大的混合調(diào)制策略下的諧振參數(shù)優(yōu)化方法，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了寬范圍輸出條件下，參數(shù)設(shè)計(jì)方法對(duì)效率提升具有較好的效果。

4 參考文獻(xiàn)

[1] 基于寬范圍增益和效率的LLC諧振變換器設(shè)計(jì)方法_金濤

往期筆記

文獻(xiàn)筆記1---“一種適用于半橋LLC的調(diào)幅調(diào)頻混合控制方法”

文獻(xiàn)筆記2---一種應(yīng)用于SR-DAB的DPS-VF控制方法

文獻(xiàn)筆記3---一種隔離型單級(jí)無橋PFC變換器

文獻(xiàn)筆記4---一種寬輸出單級(jí)隔離型無橋PFC拓?fù)?/a>

文獻(xiàn)筆記5---基于無傳感器的Mhz高壓LLC變換器SR技術(shù)

文獻(xiàn)筆記6---開關(guān)電源環(huán)路補(bǔ)償設(shè)計(jì)

文獻(xiàn)筆記7---全橋CLL諧振變換器諧振參數(shù)優(yōu)化方法

文獻(xiàn)筆記8---LLC變換器的平面磁設(shè)計(jì)與整體參數(shù)優(yōu)化

文獻(xiàn)筆記9---LLC-DCX變換器并機(jī)諧振網(wǎng)絡(luò)及均流優(yōu)化

文獻(xiàn)筆記10---一種高效率BBLLC-LLC混合變換器

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