东北农业大学
硕士学½论文
LLC谐振变换器交错并联技术的研究
姓名：刘伟½
申请学½级别：硕士
专业：农业工程；农业电气化与自动化
指导教师：柴玉华
20110620
摘
要
摘
要
随着½源问题的日趋紧张，ＤＣ／ＤＣ变换器的效率已成为衡量开关电源质量的重要指标之
一。在众多的ＤＣ／ＤＣ变换器拓扑中，谐振变换器相对于传统的ＰＷＭ变换器而言具有开关频
率高、开关损耗小、ＥＭＩ噪声小和½积小等优点，尤其是ＬＬＣ谐振交换器具有在全负½½范围
内原边开关管½实现零电压开通，副边二极管½实现零电流关断，便于磁集成和½以很小的
频率变化控制输入电压½范围变化或负½½变化等优势，因而已被得到了广泛的关注和应用。
然而ＬＬＣ变换器副边整流½络中不含电感，副边电流工½在断续状态，导致副边峰值电流过
大，其输出电流交流有效值与平均值之比为０．４８，故½输出功率增加时输出滤波电容发热严
重，进而会缩短电源的寿½。
本文在查阅文献的基础之上，采用了将两路Ｕ￡谐振变换器间接并联的结构，两路ＬＬＣ
驱动脉冲交错９００，½有效减小输出电流的纹波，减小输出滤波电容的数量和变换器的½积，
且有利于增大变换器输出功率的等级。
两路ＬＬＣ谐振变换器交错并联是通过将直流输入电压经两个分压电容分压后分别送入
每一路ＬＬＣ实现的。两路ＬＬＣ输出端并联后共用输出滤波电容，只需电压控制环实现输出
电压的稳定，省去了复杂的电流控制环，交错９００信号由控制脉冲分频后处理得到。这种间
接并联结构具有结构简单，均流效果显著等优点。
本文详细分析了ＬＬＣ谐振变换器的工½原理，用基波分析法得到了其增益特性、阻抗特
性、空½½特性和开关管零电压开通的限制条件。在原理分析的基础之上，用Ｍ½½½ＣＡＤ½件
对系统主电路和控制电路的参数进行计算，并用ＰＳ½Ｍ仿真½件对设计参数进行仿真验证。
制½了２４ Ｖ／１４Ａ的实验样机，实验结果证明本文提出的间接并联结构½够自动实现两路ＬＬＣ
的自动均流，开关管在全负½½范围内实现了零电压开通，开关噪声明显降½，效率测试曲线
表明变换器在半½½时效率可达９５．３％。
关键词ＬＬＣ；交错并联½负½½均流；ＺＶＳ½
ＺＣＳ
Ｖ
Ａ½½½½½½½
ＲＥＳＥＡＲＣＨ
ＯＮ烈ＴＥＲＬＥＡＶＥＤ
ＬＬＣ ＲＥＳＯＮＡＮＴ
ＣＯＮＶＥＲＴＥＲ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
Ａ½½½½½½½
Ａ½ ½½½½½ ½ ½½½½½½½ ½½½½½½½ ½½½½½½½½½½½½ ½½½½½½½，½½½
½½½½½½½½½½
½½ ＤＣ／ＤＣ
½½½½½½½½½
½½½
½½½½½½
½½½
½½½½½½½½½ ½½½½½ ½½ ½½½½½½½½½ ½½½½½½½½½ ½½½½½ ½½½½½½
½½½½½½½½½，½½½½½½½½ ½½½½½½½½½
½½½½
½½½½½½½．Ｃ½½½½½½½ ½½½½
½½½½½½½½½½½
ＰＷＭ
½½½½
½½½½½½½½½½，½½½½ ½½
½½½曲½½½½½½½½½，
½½½½½ ½½½½½½½½½ ½½½½½½，½½½
ＥＭＩ
½½½½½
½½½
½½½½½ ½½½½ ½½ ½½½½ ＤＣ／ＤＣ
½½½½½½½½
½½½½½½½½½½．
Ｅ½½½½½½½½½，ＬＬＣ
½½½½½½½½
½½½½
½½½½½½½
½½½½½½½
½½½ ½½½½½½½ ½½½
½½½½
½½½½½½½
½½½½½½½½½－½½（½½½）½½
½½½½½½，
½½½½½½½½½－½½½（½½½）½½
½½½½—½½½½
½½½½½½½½½ ½½½½½½，½½½½½½½½½½ ½½½ ½½½½½½½½½½ ½½½½½½½½
½½½
½½½½
½½½½ ½½½½½½½½
½½½½ ½½½½½½½½½½
½½ ½½½½½ ½½½½½½½ ½½½ ½½½½½½ ½½½½ ½½½½½½½ ½½½½½½ ½½½½½½
½½½½½½½½½ ½½½½½½½½½．Ｄ½½
½½
½½½½½ ½½½½½½½½½
½½½½½½½½½½，ＬＬＣ—ＳＣＲ
½½½ ½½½½ ½½½½½½½½ ½½½½½½½½½
½½½½½½½½½ ½½½ ½½½½½½½ ½½
½½½½
½½½½½½½½½½½½．Ｈ½½½½½½ ＬＬＣ
½½½½½½½½
½½½½ ½½½½ ½½½½½½½½½ ½½½½½½½
½½½½
½½½
½½½½½½½ ½½½ ½½½½½½½½½½，½½½½½
½½½½½
½½½ ½½½½½½½½½ ½½½½
½½½½½½½
½½½½½½½½½½½½½ ½½½½½½½½½ ½½
½½½½½ ½½ ½½½ ½½½½½½
½½½½½½½
½½½½－½½½½－½½½½½½
½½½ ½½½½½ ½½½½
½½½½½½½
½½½ ½½½½½½ ½½½½½
½½½½½
½½½½½½．½½
½½½
½½½½½½½
½½½½½ ½½
Ｏ．４８．Ｓ½
½½½½ ½½½ ½½½½½½
½½½½½ ½½½½½½½½½，½½½½½½½ ½½½½½½½
½½½½½½½½½½
½½½½½½½½ ½½½½½½½ ½½½½½½½½½½½ ½½½½½ ½½ ½½½½½½．Ｔ½½½ ½½½½ ½½½½½½½ ½½½ ½½½½ ½½½½½½½ ½½½½½½．
Ｉ½
½½½½ ½½½½½，½ ½½½½½½ ½½½½½½½½ ½½½½½½½½ ＬＬＣ—ＳＲＣ ½½½½½½½½ ½½ ½½½½½½½½ ½½½½½
½½
½½½ ½½½½½½½½½½½．
Ｔ½½
½½½
½½½ ＬＬＣ ½½½½½½½ ½½½½½ ½½½½½½½½½½
９００’½½½½½
½½½½½ ½½½½½½½½½½½ ½½½½½½
½½½½½½
½½½½½½½
½½½½½½，
½½½ ½½½½½½ ½½ ½½½½½½ ½½½½½½ ½½½½½½½½½½½ ½½½ ½½½ ½½½½ ½½ ½½½½½½½½½．Ｂ½½½½½½，½½
½½½½½ ½½½½½½ ½½½½½
½½½½½½½½½．
Ｔ½½
½½½ ½½½½½½½½½
½½½½½½½ ½½½½½½½½½½½ ½½½½½½½½½½½ ½½½½½½½
½½½
½½½½½½½½½½ ½½ ½½½½½½
½½
½½½½½½ ½½½
½½½½½ ½½½½½½½．Ｔ½½ ½½½½½½½½½½½ ½½½½½½½½ ½½½½½
½½½½½½
½½½½½½ ½½½½½½½½½½，½½½ ½½½½ ½½½½½ ½½½ ½½½½½½½
½½½½½½½ ½½½½
½½
½½½½½½ ½½½ ½½½½½½ ½½½½½½½．Ａ½½½ ½½½
½½½½½½½
½½½½½½½ ½½½½ ½½
½½½
½½½½½½½½½．Ａ½½½½ ½½½
½½½½½½½ ½½½½½ ½½½½½½½½½ ½½ ½½½½½，½½½ ½½½½½½½ ½½½½½½ ½½½½½ ½½½½½½½½½½½½ ９００ ½½ ½½½½½½½½。Ｔ½½ ½½½½½½½½
½½½½½½½½ ½½½½½½½½
½½½½½½½½
½½½½
½½½½½½½
½½½½½½½ ½½½½½½½½½½½½½ ½½½½ ½½½½½½
½½½½½½½½½．
Ｔ½½½ ½½½½½½½ ½½½½½½½½ ½½½ ½½½½½½½ ½½½½½½½½½ ½½ ½½½½½½½½．Ｕ½½½½ ½½½½½ ½½½½½½½½ ½½½½½½½½½½½½½
Ｃ½½½
½½½½½½½½ ½½½ ½½½½½½
（ＦＨＡ）½½½½½½，½½½
½½½½½½½ ½½½½ ½½½½½½½½½½½½½½，½½½½½½½½½ ½½½½½½½½½½½½½½，½½－½½½½
½½½½½½½½½½½½½½ ½½½
½½½ ½½½½½½½½½½½ ½½
½½½½
½½½½½½½ ½½½½½½½½½
½½½½
½½½½½½½½．Ｏ½ ½½½ ½½½½½ ½½ ½½½ ½½½½½½½½½ ½½½½½½½½，½½½
½½½½ ½½½½½½½ ½½½ ½½½½½½½ ½½½½½½½ ½½ ½½½½½½
½½½½
½½½½½½½½ ½½ Ｍ½½½ＣＡＤ．Ｔ½½½ ½½½ ½½½½½½ ½½½½½½
Ｗ½Ｓ
½½½½½½½½½½½½ ½½ ＰＳＩＭ ½½½½½½½½．Ａ½½
½
２４ Ｖ／１４ Ａ ½½½½½½½½½
½½½
½½½½½．Ｔ½½
½½½½½½½½½½½½ ½½½½½坞
½½½½½½ ½½½½ ½½½ ½½½½½½½½ ½½½½½½½½ ½½½½½½½½ ½½½½½½½½ ½½½½
½½½½½½½
½½½½½½½ ½½½½½½½½½½½½½，½½½ ½½½½½½½
½½½½½½½½
½½½½
½½½½½½½ ½½½½½½½½½－½½ ½½ ½½½ ½½½ ½½½½
½½½½½½，½½½½½½
½½½½½ Ｗ½½ ½½½½½½½½½ ½½½½½½½½½．
Ａ½½ ½½½½½½½½½½
½½½½
½½½½½
½½½½½½ ½½½½ ½½½ ½½½½½½½½½ ½½½½½½½½½½ ½½½½½½½½½½½ Ｗ½½ ９５．３％．
Ⅵ
½½½½½½½
½½½½½½½；ＺＶＳ；ＺＣＳ
Ｋ½½½½½½½ ＬＬＣ；½½½½½½½½½½½ ½½½½½½½½；½½½½
Ｃ½½½½½½½½：Ｌ½½
Ｗ½½½½
½½½½玩Ｈ½½：Ａ½½½½½½恤试Ｅ１。½Ｓ龋½½½½撕½½½½½½½½½½：½ＰＡ½½小½．。Ｃ嚣‘Ｙ½多½½！½½½½½½
½锄
Ⅶ
引言
１引言
１．１研究背景和意义
１９５７年，美½通用电气公司研制出的第一个晶闸管标志着电力电子技术诞生了，½然仅
仅经历了半个多世纪的历史，½因其对推进½民经济的发展贡献突出而得到了½内外的普遍
重视和快速发展，以至目前所用的技术，无论在功率器件、电路拓扑、控制方法和装½性½
等方面与初期相比½有明显改进。电力电子技术的发展大致可以分为以下四个阶段：功率器
件的发展，模块化和功率集成电路（Ｐ½½½½
Ｉ½½½½½½½½½
Ｃ½½½½½½，ＰＩＣ）的出现，脉½调￥１½（Ｐ½½½½
Ｗ½½½½
Ｍ½½½½½½½½½。ＰＷＭ）控制技术的广泛应用，高频化的趋势和½开关技术的发展（赵磊，２００８）。
自２０世纪７０年代开关电源的研究、开发和生产兴起以来，开关电源已经得到了广泛的
应用。２０世纪８０年代，计算机电源率先全面实现了开关电源化，完成了计算机电源的换代，
进入９０年代开关电源已广泛应用于各类电子、电气设备、程控交换机、通讯、航空航天、电
力监测设备电源和控制设备电源中。随着电力电子技术的不断发展和创新，开关电源也朝着
高频化、高可靠性、½功耗、½噪声、抗干扰、输出纹波小和模块化的方向发展（冯治富，２００８）。
应用和需求是推动电力电子技术不断进步的动力。对上述目标的不懈½求，促进了半导½功
率器件的变革以及多种技术的研究和应用。例如：同步整流技术一降½整流器的损耗（Ｃ
½½½½½，
１９９４），高频½开关技术—诫小器件的开关损耗（阮新波等，】９９９：Ｙ½½ ０等，２００７），封装技
术—减小元器件的尺寸、改善散热、提高可靠性（Ｒ．Ｈ½½½½½，２０００），磁集成技术一减小磁性元
件的½积、损耗或改善滤波（Ｑ½½½½½½½ Ｃ½½½，２００８）。
开关电源高频化可以减小变换器的½积和重量。½是由于功率器件的非理想化，在传统
硬开关中变换器开关频率越高，总的开关损耗越大，变换器效率越½。而且开关管工½在硬
开关时会产生高的½½／½½和½½½½½从而产生大的电磁干扰（ＥＭＩ）。如½½变换器同时满足小型化、
½型化、高频开关损耗小和½ＥＭＩ的特点，½开关技术应运而生。变换器的½开关技术实际
上是利用电感和电容来改善开关器件的开关½迹，减小开关损耗。最早的方法是采用ＲＬＣ缓
冲电路来实现。从½量的角度来看，它是将开关损耗½移到缓冲电路中消耗掉，这种方法对
变换器的变换效率没有提高甚至会½效率有所降½。目前所研究的½开关技术不再采用有损
缓冲电路，而是真正减小开关损耗而不是开关损耗的½移（陈伟等，２００８）。
功率谐振变换器是以谐振电路为基本变换单元，利用电路发生谐振时，电流或电压周期
性地过零点，½得开关器件在零电压或者零电流条件下开通或者关断，从而实现½开关，达
到降½开关损耗的目的。ＬＬＣ谐振变换器以其调频控制输出电压，其不受½电压输入时占空
比缺失的½响，原边开关管½够实现零电压开通以减小开通损耗，副边整流二极管零电流关
断½够克服反向恢复损耗，高频工½时避免了变压器漏感½响较大的弊病，将串联谐振电感
集成在变压器中，巧妙地利用了人们一直很头痛的寄生参数，在高频、超高频应用场合优于
普通ＰＷＭ变换器。同时ＬＬＣ谐振变换器又以效率较高和在空½½时变换器仍½对输出电压保
持调节½用等特点½现出对传统串联谐振变换器、并联谐振变换器的优势（王智忠，２００３）。
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