LLC串联谐振全桥DC_DC变换器的研究

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1、华中科技大学硕士学位论文LLC串联谐振全桥DC/DC变换器的研究姓名：宫力申请学位级别：硕士专业：电力电子与电力传动指导教师：李晓帆20060428摘要高频化、高功率密度和高效率，是DC/DC变换器的发展趋势。传统的硬开关变换器限制了开关频率和功率密度的提高。移相全桥PWMZVSDC/DC变换器可以实现主开关管的ZVS，但滞后桥臂实现ZVS的负载范围较小；整流二极管存在反向恢复问题，不利于效率的提高；输入电压较高时，变换器效率较低，不适合输入电压高和有掉电维持时间限制的高性能开关电源。LLC串联谐振DC/DC变换器是直流变换器研究领域的热

2、点，可以较好的解决移相全桥PWMZVSDC/DC变换器存在的缺点。但该变换器工作过程较为复杂，难于设计和控制，目前尚处于研究阶段。本文以LLC串联谐振全桥DC/DC变换器作为研究内容。以下是本文的主要研究工作：对LLC串联谐振全桥DC/DC变换器的工作原理进行了详细研究，利用基频分量近似法建立了变换器的数学模型，确定了主开关管实现ZVS的条件，推导了边界负载条件和边界频率，确定了变换器的稳态工作区域，推导了输入，输出电压和开关频率以及负载的关系。仿真结果证明了理论分析的正确性。采用扩展描述函数法建立了变换器在开关频率变化时的小信号模型，在

3、小信号模型的基础上分析了系统的稳定性，根据动态性能的要求设计了控制器。仿真结果证明了理论分析的正确性。讨论了一台500w实验样机的主电路和控制电路设计问题，给出了设计步骤，可以给实际装置的设计提供参考。最后给出了实验波形和实验数据。实验结果验证了理论分析的正确性。关键词：直流－直流变换器软开关串联谐振小信号模型IAbstractInDC/DCconverterapplications,highfrequency,highpowerdensityandhighefficiencyisthedevelopmenttrend.Tradition

4、alhard-switchedconvertersrestrictthedevelopmentofDC/DCconverter.Phase-shiftFullBridgePWMZVSDC/DCconverterhasbeenwidelyusedowingtoitsZVSconditionofmainswitches.Butitstillhassomedisadvantages,forexample:lagging-armswitchesishardtoachieveZVSinlightloadconditions;rectifierdio

5、dehaveunavoidablerecoveryproblemsandtheynotonlycausegreatsecondaryloss,butalsoincreasethevoltagestressoftherectifierdiodes;convertercanachievehighefficiencyinlowinputDCvoltageconditionsbutlowefficiencyinhighinputDCvoltageconditions,thiskindofefficiencycharacteristicrestri

6、ctsitsapplicationsonhighinputDCvoltageoccasionsandhigh-qualityconverterswhichhavehold-uptimerequirements.Fortunately,asonefocusinDC/DCconvertersresearchfieldsnowadays,LLCseriesresonantFullBridgeDC/DCconvertercansolvetheseproblemssuccessfully.Butowingtoitscomplexitycausedb

7、ymulti-resonantprocess,it’shardtoanalyze,designandcontrol.SoLLCseriesresonantFullBridgeDC/DCconverterhasbiggishresearchvalue.Inthispaper,LLCseriesresonantFullBridgeDC/DCconverterisanalyzedindetail.Basedonthefundermentalelementsimplificationmethod,themathematicsmodelofthec

8、onverterisobtained,theconditionstoachieveZVSaregiven.SteadyworkingregionofLLCseriesresonantFullB