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LLC谐振变换器PWM控制策略和同步整流技术的研究

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  • 日期: 2020-08-29
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标签: LLC谐振变换器

LLC谐振变换器

PWM控制

脉宽调制(PWM)是指用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制,是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。以数字方式控制模拟电路,可以大幅度降低系统的成本和功耗。

同步整流

同步整流是采用通态电阻极低的专用功率MOSFET,来取代整流二极管以降低整流损耗的一项新技术。它能大大提高DC/DC变换器的效率并且不存在由肖特基势垒电压而造成的死区电压。

通信、航空航天、新能源发电技术的飞速发展使得开关电源得到了广泛的应用。而电力电子装置小型化的趋势使得开关电源的功率密度要求日益提高。高频化是提高开关电源功率密度的基本手段,但开关损耗的增加制约了效率的提高。为了降低高频化带来的高开关损耗,谐振软开关技术被人们所提出,谐振变换器作为谐振软开关技术的载体而受到了人们越来越多的关注。

相比于其他谐振变换器,LLC谐振变换器在较宽输入和负载条件下均可实现原边开关管的ZVS开通和副边整流二极管的ZCS关断,效率的优势使其成为了开关电源研究的热点。LLC谐振变换器常用的控制方式有变频控制(PFM)和PWM控制两种。变频控制效率较高,但频率变化使得变换器磁性元件优化设计困难。PWM控制电路结构简单,兼顾了变换器的调压和限流性能,固定的工作频率有利于磁性元件的设计,可应用于一些输入电压范围不宽,要求电路结构简单的场合。本文详细讨论了PWM控制全桥LLC谐振变换器的工作原理,采用时域分析法分析了变换器的输入输出增益特性,通过Maple计算得出输入输出电压关于占空比D的增益曲线,同时分析了变换器谐振参数的敏感性,完成了390V输入、60V/60A输出变换器样机的参数设计,样机制作和实验验证。

此外,为了改善PWM控制LLC谐振变换器的效率特性,论文对PWM控制实验样机进行了损耗分析,根据损耗分析结果提出采用变频与PWM相结合的复合控制策略和同步整流技术减小变换器开关管导通损耗和二极管整流损耗。论文阐述了复合控制LLC谐振变换器工作原理,详细分析了复合控制电路对LLC谐振变换器启动、调压、限流性能的改善,完成了复合控制样机的设计制作和实验验证。最后,论文介绍了适用于LLC谐振变换器的同步整流技术,分析了各方法的优缺点,选择适用于低压大电流样机的同步整流技术,进行了实验验证。

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