LLC谐振变换器的谐振模式原理及最大增益分析

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1、第1期华东师范大学学报(自然科学版）No.12015年1月JournalofEastChinaNormalUniversity(NaturalScience)Jan.2015文章编号：1000-5641(2015)01-0203-09LLC谐振变换器的谐振模式原理及最大増益分析张澧生(湖南机电职业技术学院电气工程系，长沙410151)摘要：LLC谐振变换器具有高效率功率变换和宽范围输入电压适应性的突出优势，但是关于变换器最大增益的研究还存在明显不足.为此，以LLC谐振变换器的最大增益为研究对象，根据串并联谐振的进行过程对变换器的谐振模式进行了划分，即变换器可分为欠谐振、完全谐振和过谐振3

2、种谐振模式.当变换器工作在完全谐振模式时，变换器增益达到最大值，对应的开关频率称为临界频率.最后，通过建立变换器状态方程推导得到最大增益和临界频率的时域表达式，并结合仿真和实验验证了理论分析的准确性.关键词：LLC谐振变换器；谐振模式；临界频率；最大增益中图分类号：TM46文献标识码：ADOI:10.3969/j.issn.l000-5641.2015.01.025ResonantmodesandpeakgainanalysisofLLCresonantconverterZHANGLi-sheng(DepartmentofElectricalEngineering,HunanMechan

3、icalandElectricalPolytechnic,Changsha々10151，China)Abstract:LLCresonantconverterhasoutstandingadvantagesinhighpowerconversionefficiencyandwiderangeadaptabilityofinputvoltage,butresearchonthepeakgainisclearlyinsufficient.Therefore,thepeakgainofLLCresonantconverterisstudied.Accordingtotheoperationpr

4、ocessoftheseries-parallelresonance,theconvertercanbedividedintothreeresonantmodes:inadequateresonantmode,completeresonantmodeandoverresonantmode.Whentheconverteroperatesincompleteresonantmode,itreachesitsmaximumvalue,andthecorrespondingswitchingfrequencyisnamedcriticalfrequency.Finally,derivation

5、oftime-domainexpressionofthepeakgainandthecriticalfrequencyiscompletedthroughtheestablishmentoftheconverterstateequations,andtheaccuracyoftheoreticalanalysisisverifiedthroughsimulationandexperiment.Keywords:LLCresonantconverter;resonantmodes;criticalfrequency;peakgain0引言伴随着电力电子功率变换技术的不断发展,高功率密度成为

6、幵关电源发展的主要制约因素之一[Wj.为了实现高功率密度的目标，幵关电源需要工作在更高的开关频率和更高的收稿日期：2014-04基金项目：湖南省科技计划资助项目(2013FJ6041);湖南省教育厅资助科研项目�12C1066)作者简介：张澧生，男，硕士，副教授，主要研究方向为电力系统电能质量优化、电力电子技术等.E-mail:zls_hnjd@163.com.204华东师范大学学报（自然科学版)2015年效率下.开关频率的提高可以有效减小磁性元件等无源元件的尺寸,而效率的提高则减小了散热器的尺寸.除此之外，在多数应用场合中对电源的掉电保持时间有着明确要求.为了满足掉电保持要求，幵关电源

7、需要保持正常输出即使输入电压处于最低水平，即开关电源中所选用的拓扑需要具备宽输入电压范围的能力％在众多拓扑中，LLC谐振变换器因其在高效率功率变换和宽范围输入电压方面的突出优势，已经成为中小功率幵关电源的最佳拓扑—方面，在额定工况下，变换器的开关频率接近于谐振频率（图1中、和&的特征谐振频率)，原副边开关管均能实现软开关，开关损耗和导通损耗均处于较低的水平，因此功率变换效率高.另一方面，当输入电压降低时，通过减小开关频率可提高变换器