LLC谐振变换器原理及变频控制

2024-03-08 15:04:28

LLC谐振变换器原理及变频控制

1 LLC谐振变换器工作原理

图1为半桥LLC谐振变换器示意图，其中，Uin为直流输入电压，Q1，Q2组成半桥开关网络，通过交替驱动的Q1和Q2产生方波电压。变压器T的励磁电感Lm，谐振电容Cr和谐振电感Lr构成了一个谐振网络。变压器的次级具有中心抽头，与D3，D4一起组成了全波整流电路，而整流电路中的电流最后通过Co滤波供给负载。

图1 LLC谐振变换器示意图该变换器具有两种谐振频率，Lr与Cr参与谐振时谐振频率为：

Lm与Lr、Cr 参与谐振时，谐振频率为：
利用基波分析法（FHA），得到LLC谐振变换器等效网络，如图2所示。其中，等效负载阻抗为：

图2 LLC谐振变换器等效网络

其等效电路的输入阻抗为：

该变换器的直流增益为：

式中m=(Lm+Lr)/Lr,Fx=fs/fr,q=(Lr/Lc)^(1/2)/Req,fs为开关频率。

2 参数设计

选择额定输入电压Uin=311V，输出电压Vo =12V，谐振频率fr=115kHz,输出功率P=300W，则变压器匝比n=Uin/（2Vo）=12.95。要求最低输入电压为0.8倍额定电压，最高输入电压为1.2倍额定电压，计算得出最大电压增益 Mmax =1.25，最小电压增益Mmin=0.83。

图3是m=6时不同Q值增益曲线，所有Q值曲线都在谐振频率点（Fx=1）交叉，此时该电路效率最高，电压增益与负载无关，为最佳工作点。图3表明，所有增益曲线均有峰值，这些峰值确定了谐振池容性和感性的边界，为了实现零电压开关（ZVS），电路必须工作在感性区域。增益M随Q值的增加而减少，即负载越大LLC谐振腔增益就越小。为了满足所需的电压增益范围，选择Q=0.4。