基于数字控制的三电平LLC谐振变换器设计
LLC谐振变换器的设计
LLC谐振变换器的设计一、本文概述本文旨在深入探讨LLC谐振变换器的设计原理、方法及其在实际应用中的优化策略。
LLC谐振变换器作为一种高效、稳定的电力电子转换设备，广泛应用于电力系统中，尤其在高压直流输电、分布式能源系统和电动车充电等领域具有显著优势。
本文将首先概述LLC谐振变换器的基本原理，包括其工作原理、主要特性以及与传统变换器的比较。
接下来，本文将详细介绍LLC谐振变换器的设计过程，包括关键参数的选取、电路拓扑的选择、控制策略的制定等。
在此基础上，文章将分析设计过程中可能遇到的问题，如谐振频率的选择、磁性元件的优化、热设计等，并提出相应的解决方案。
本文还将关注LLC谐振变换器的性能优化问题。
通过对变换器效率、动态响应、稳定性等关键性能指标的分析，探讨如何通过改进电路设计、优化控制策略、提升制造工艺等手段，实现LLC谐振变换器性能的提升。
本文将总结LLC谐振变换器的设计要点和实际应用中的挑战，为相关领域的研究人员和工程师提供参考和指导。
本文希望通过系统性的分析和深入的讨论，推动LLC谐振变换器技术的发展和应用范围的拓展。
二、LLC谐振变换器的基本原理LLC谐振变换器是一种结合了串联谐振和并联谐振特性的高效电力转换设备。
它的工作原理主要基于谐振现象，通过在特定的频率下激发电路中的电感和电容形成谐振，从而实现能量的高效传输和转换。
LLC谐振变换器主要由输入滤波电容、谐振电感、谐振电容、变压器以及整流滤波电路等部分组成。
在正常工作状态下，变换器通过控制开关管的开关状态，使谐振电感和谐振电容形成串联谐振，从而实现输入电压到输出电压的转换。
同时，由于谐振电容的存在，变换器在轻载或空载时，谐振电容与变压器漏感形成并联谐振，使得变换器具有软开关的特性，减小了开关损耗，提高了整体效率。
LLC谐振变换器的设计关键在于谐振频率的选择和控制。
谐振频率的确定需要考虑电路参数、开关管的特性以及输入和输出电压的需求。
通过合理的设计和优化，可以实现变换器在宽负载范围内的高效运行。
基于UC3863控制的LLC谐振变换器的设计及仿真
基于UC3863控制的LLC谐振变换器的设计及仿真张志成;尹斌;郭首金【摘要】Design of a kind of a Switching Power Supply which takes half-bridge LLC circuit with PFC circuit that based on UC3863 control, and it has the function of current self-limiL And in detail analyze principles of LLC resonant converter and current self-limit. This paper focuses on Power Supply of 1KW with 220 V AC input for research, the simulation results about PFC and main circuit verify the correctness of the proposed design.%设计了一种以UC3863芯片为核心控制芯片的开关电源，其电路采用半桥结构的LLC谐振电路，带有PFC电路，且整个电路设计有自限流功能。
分析了LLC谐振变换器整个电路的工作原理及自限流功能的实现。
结合交流220V输入1KW输出电路，分别对PFC电路和主电路进行仿真，仿真结果验证了该设计的可行性。
【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2012(020)006【总页数】5页(P176-179,183)【关键词】开关电源;LLC谐振;PFC电路;自限流;UC3863【作者】张志成;尹斌;郭首金【作者单位】河海大学能源与电气学院,江苏南京211100;河海大学能源与电气学院,江苏南京211100;河海大学能源与电气学院,江苏南京211100【正文语种】中文【中图分类】TN86随着通信产品的小型化发展，对开关电源的性能要求方面也越来越高，促使电源向高频、高可靠、低耗和小型化的趋势发展，同时促进开关电源在高新技术领域更加广泛的应用。
LLC 谐振变换器参数设计 精品
LLC 谐振变换器参数设计1 电路概述图1 为半桥结构的LLC谐振变换器的主电路拓扑，两个主开关S1和S2构成一个半桥结构，其驱动信号均是固定0.5 占空比的互补信号，串联谐振电感Ls、串联谐振电容Cs和并联谐振电感Lp 构成LLC谐振网络。
该谐振网络连接在半桥的中点和地之间，因此谐振电容Cs也起一个隔直的作用。
在变压器副边，整流二极管D1和D2 组成中间抽头的整流电路，整流二极管直接连接到输出电容Co上。
当并联电感Lp上的电流iLp大于谐振槽路上的电流ip 时，电流ip1 大于零，原边向副边输送能量，同时并联电感两端电压被箝位，参与谐振的只有串联谐振电感Ls 和串联谐振电容Cs，此时的谐振频率称为串联谐振频率，记作fs；当并联电感上的电流iLp在其上箝位电压的作用下线性上升到与谐振槽路电流ip 相同时，电流i p1 减小到零，原边不再对副边传输能量，此时并联谐振电感Lp 与串联谐振电感Ls、串联谐振电容Cs 一起参与谐振，其谐振频率称为串并联谐振频率，记做fm。
当开关管的工作频率小于fm时，变换器工作在容性状态；当开关频率处于fm和fs 之间时，变换器工作在感性且副边整流二极管处于零电流关断状态；当开关频率大于fs时，零电流关断条件不再存在，LLC等同于一般的串联谐振电路。
图1 LLC 谐振变换器的主电路2 LLC变换器的建模和参数设计开关管S1 和S2 互补导通，在vAB上形成一方波电压；因为输出恒定，所以通过全波整流电路和中间抽头变压器等效到变压器原边同样形成一个方波电压，如图2所示为LLC谐振变换器的交流等效电路。
图2 中RAC 为电压型负载全波整流电路的交流等效负载图2 LLC 谐振变换器交流等效电路用交流分析法可得到交流基波电压增益：式中：k 为系数，k=Lp/Ls；fs为谐振频率f为开关频率。
而Ein 和Eo 分别为输入、输出电压基波有效值，其值为串联谐振电路品质因数经推导直流增益为根据以上推导的直流增益解析式，再采用Mathcad 得到直流增益与工作频率的关系如图3所示。
三电平LLC谐振变换器的关键技术研究
三电平LLC谐振变换器的关键技术研究随着电力电子技术的不断发展，谐振变换器作为一种重要的能量转换器件，具有高效率、高稳定性和低噪音等优点，在许多领域得到广泛应用。
其中，三电平LLC谐振变换器作为一种新型的谐振变换器，在能量转换效率和功率密度上更具优势，因此备受研究者的关注。
三电平LLC谐振变换器的关键技术主要包括谐振电感的设计、谐振电容的选择、谐振电路参数的匹配以及控制策略的优化等方面。
首先，谐振电感的设计对于三电平LLC谐振变换器的性能至关重要。
合理选择谐振电感的参数能够提高谐振变换器的谐振频率，从而实现高效能量转换。
同时，设计合适的谐振电感结构和材料，能够降低电流损耗和磁耦合效应，提高谐振变换器的稳定性和可靠性。
其次，谐振电容的选择也是三电平LLC谐振变换器的关键技术之一。
合理选择谐振电容的参数，能够实现谐振变换器在不同负载条件下的高效能量转换。
此外，谐振电容的选择还需要考虑其耐压能力和电容损耗等因素，以确保谐振变换器的性能和稳定性。
谐振电路参数的匹配是三电平LLC谐振变换器的另一个关键技术。
通过合理匹配谐振电感、谐振电容和谐振电路的其他元件参数，能够实现谐振变换器的最佳工作状态，提高能量转换效率和稳定性。
最后，控制策略的优化对于三电平LLC谐振变换器的性能提升也起到至关重要的作用。
通过合理选择控制策略和优化控制参数，能够实现谐振变换器的高效能量转换和稳定运行。
常用的控制策略包括传统的PID控制、模糊控制、神经网络控制等。
综上所述，三电平LLC谐振变换器的关键技术研究涉及谐振电感、谐振电容、谐振电路参数匹配以及控制策略的优化等方面。
这些关键技术的研究和应用将进一步推动谐振变换器在能源转换领域的发展，提高能量转换效率和稳定性，促进电力电子技术的进步和应用。
llc谐振变换器的设计目标及内容
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基于DSPIC数字控制器的LLC谐振变换器设计
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基于数字控制的三电平LLC谐振变换器设计
基于数字控制的三电平LLC谐振变换器设计
赵清林;刘兴;王燕芹;赵建勇
【期刊名称】《电力电子技术》
【年(卷),期】2012(046)009
【摘要】三电平直流变换器可降低功率开关器件承受的电压应力,在高压输入场合可选择低压器件,有利于功率器件的选择.三电平LLC谐振变换器不仅能实现初级开关器件的ZVS,还能实现输出整流二极管的ZCS,有利于提高变换器效率,降低电磁干扰.详细分析了三电平半桥LLC谐振变换器的工作原理、控制方式及主要参数设计,采用数字控制完成了800 W样机实验.实验结果验证了理论分析的正确性及该变换器的高效性.
【总页数】4页(P21-23,26)
【作者】赵清林;刘兴;王燕芹;赵建勇
【作者单位】燕山大学,电力电子节能与传动控制河北省重点实验室,河北秦皇岛066004;燕山大学,电力电子节能与传动控制河北省重点实验室,河北秦皇岛066004;中国建筑科学研究院,北京100013;冀中能源股份有限公司东庞矿,河北邢台054000
【正文语种】中文
【中图分类】TM46
【相关文献】
1.基于DSPIC数字控制器的LLC谐振变换器设计 [J], 刘江华;王国建;李晓燕;齐怀轩
2.基于移相控制的三电平LLC谐振变换器宽电压范围输出的分析与设计 [J], 李含其;陈昌松;万文超;段善旭
3.基于数字控制的LLC谐振变换器分析 [J], 刘书彤
4.基于混合控制的全桥三电平LLC谐振变换器 [J], 赵清林;毕兆岩;郭善胜;袁精
5.三电平LLC谐振变换器关断损耗的优化设计 [J], 袁义生; 张钟艺; 梅相龙; 张金克
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基于DSPIC数字控制器的LLC谐振变换器设计
容 易 。传统 Ｐ ＷＭ 电源 结 构 ， 较 高 的 开关 频 率 在 （ 大于 １ ０ｋ ） 缩小 无 源器 件 的体 积 ， 导 致 ０ Ｈｚ 能 却 功 率器 件开关 损耗 急剧 增加 ， 效率 降低 ， 需要 更 大 的散热 器 ， 能 明显缩小 整机 体积 。另 外 ， 不 由寄生
ｃｏｎｖｅｒｔ ｅｒ ・
１ 引 言
在 电源设 计 中 ， 大 功率 密 度 和 小 尺 寸 的要 对 求 越来 越高 ， 迫切 需 要 提 高 开关 频 率 和 转 换效 率
来 实现 此 目的。然 而 ， 两 种 方法 同时 实 施 并不 这
制器来 实 现 。数 字控 制 的优势 是提供 了很 强 的适
３ ０ ５ 输 出 １ 的数 字 电 源控 制 的 硬件 及 软 件 设 计 方 法 。 ５ ￣４ ０Ｖ， ２ Ｖ
关 键 词 ： 字 电源 ； Ｓ Ｉ ＭＰ Ｓ Ｌ Ｃ谐 振 变换 器 ； 开 关 ； 桥 变 换器 数 Ｄ ＰＣ Ｓ ＳＤ Ｃ； Ｌ 软 半
中图 分 类 号 ： Ｐ ７ Ｔ Ｉ 文献标识码 ： Ａ
Ａｂ ｔａ ｔ Ｔｈ ｅ ｉｎ ｐ ｉ ｃｐ ｅ ｏ ｈ ｓ ｒ ｃ ： ｅ ｄ ｓｇ ｒｎ ｉ ｌ ｆ ｅＬＬＣ ｒ ｓ ｎ ｎ ｏ ｖ ｒｅ ｓｉ ｔ ｏ ｕ ｅ ， ｉｈ ｉ ｃ ｎ ｒ ｌ ｄ ｂ ｈ ｔ ｅ ｏ ａ ｔｃ ｎ ｅ ｔ ｒｗａ ｎ ｒ ｄ ｃ ｄ ｗｈ ｃ ｓ ｏ ｔｏ ｌ ｙ ｔ ｅ１ ｅ ６
摘要 ： 阐述 了一 种 基 于 １ 位 高性 能 Ｄ ＰＣ数 字 控 制 器 的 Ｌ Ｃ谐 振 变 换 器 的 设 计 原 理 。介 绍 了 Ｌ Ｃ变 ６ ＳＩ Ｌ Ｌ 换 器 结 构 组 成 及 特 点 ， 析 其 ３种 稳 态 运 行 模 式 下 的 工 作 原 理 ， 此 基 础 上 还 介 绍 了 Ｍｉ ｏｈｐ公 司 的 数 字 分 在 ｅ ｅｉ ｒ 控 制 器 Ｄ ＰＣ Ｓ ＳＤＳ 的功 能 及 特 性 ， 后 给 出 了 采 用 此 控 制 器 实 现 输 出功 率 ２ ０Ｗ ，
基于三电平LLC谐振型变换器在新能源汽车充电机的设计研究
F 基于三电平LLC谐振型变换器在新能源汽车充电机的设计研究*R&D of new energy vehicle charger based on three-level LLC resonant converter孙姣梅，唐绪伟，唐晨光（怀化职业技术学院，湖南 怀化 418099）摘 要：车载充电机是新能源汽车动力单元的核心部位，又是与电网电压相接的设备，高效、高功率因数、小体积是其必须具备的功能，为了实现高效率和宽输出电压范围调节，DC/DC变换采用半桥三电平LLC谐振双向直流变换器拓扑电路，以提高充电机的效率和功率因数，通过描述其工作原理与特性设计元件参数与选型，并通过仿真验证高功率、宽电压范围输出的可行性。
关键词：宽电压范围输出；半桥三电平LLC谐振变换器；元件参数0 引言新能源汽车的推广关键环节——电动汽车充电机成为其发展的瓶颈，如何快速高效地为电动汽车充电、解决汽车的续航里程，是提升电动汽车快速发展的重中之重。
在能源紧缺的环境下，设计一款节能、高效、大功率密度的充电机是电动汽车行业的最大挑战。
为了提高整机的效率和大功率的设计要求，本设计研究在文献[1-2]中提出前级采用三相六开关的PFC拓扑电路，以提高功率因数，为后级的DC/DC变换器提供稳定在700V的输入电压，半桥三电平LLC谐振变换器实现输出280~400V的宽范围电压，是本充电机的核心部位。
其既能满足高电压大功率，又能实现高频软开关技术，以降低变换器开关管的损耗。
半桥三电平LLC谐振拓扑电路具有高输入电压、高功率、宽范围输出电压[3]，将其应用在新能源汽车的充电机中有很好的应用前景，在阐述工作原理与特性时，给出了设计思路与参数设计及选型仿真验证400~800V输入、10kW输出实验的可行性和实用性。
根据充电机所处环境及性能要求，确定其性能指标是：额定输入相电压：22010%±V；输出功率： 10kW；输出电流：20A；输出电压范围：280~400V； 满载效率：≥0.98；输出电压纹波范围：±2%。
3相llc谐振变换器计算原理
3相LLC谐振变换器计算原理引言在现代电力系统中，L L C谐振变换器作为一种高效且可靠的电力转换器，被广泛应用于各种电子设备和工业领域。
本文将介绍3相L LC谐振变换器的计算原理，并详细解释其工作原理和性能分析。
1.谐振变换器的基本概念谐振变换器是一种利用谐振电路实现电力转换的装置。
相比传统的硬开关变换器，谐振变换器具有功率损耗小、效率高以及电磁干扰低等优点。
在电力转换中，L LC谐振变换器是一种常见的谐振变换器类型。
2. 3相LL C谐振变换器的结构和工作原理2.1结构3相LL C谐振变换器由三个相互耦合的电感、三个谐振电容和三个开关管组成。
其中，开关管用于控制电路的开关状态，电感用于储存能量，谐振电容用于产生谐振效应。
2.2工作原理首先，在1相的周期内，开关管S1和S2打开，S3关闭，此时电容C1充电，电感L1储存能量。
当电容C1充电到一定程度时，开关管S1和S2关闭，S3打开，此时电容C1开始放电，从而激发电感L1和电感L3产生谐振。
这一过程重复3相周期。
3. 3相LL C谐振变换器的计算原理为了正确设计和优化3相L L C谐振变换器，需要进行一系列计算并满足特定的电路参数要求。
以下是常见的计算原理和步骤：3.1电感选择电感的选择是基于输出功率、输入电压和输出电压等参数进行的。
首先，计算所需的电感值，考虑谐振频率和电路的谐振条件。
然后，根据选定的电感值，计算其允许的最大电流和磁芯的直径尺寸。
3.2谐振电容选择谐振电容的选择是根据谐振频率和电感值来确定的。
首先，计算所需的谐振电容值，然后根据选定的电容值，确定电容的额定电压和尺寸。
3.3谐振电感和电容的耦合系数选择谐振电感和电容之间的耦合系数对LL C谐振变换器的性能有重要影响。
通过选择合适的电感和电容耦合系数，可以有效提高变换器的效率和稳定性。
3.4开关管参数计算开关管的参数计算包括导通和关断时的电流、功率损耗以及开关频率等。
通过合理选择开关管的类型和规格，可以满足谐振变换器的性能要求。
一种三电平组合式LLC谐振变换器
• 139•针对直流变压器现有电磁干扰性能差、磁元件和驱动电路设计复杂等问题，提出一种三电平组合式LLC 拓扑，此拓扑具有电压等级高、功率密度高及驱动设计简单等特点，能很大程度上提高谐振变换器工作性能。
本文首先对所提出的LLC 谐振变换器的工作原理、电压增益和软开关操作进行了全面分析，同时提出了一种适用于三电平组合式LLC 谐振变换器的设计方法，重点讨论了励磁电感的设计考虑。
通过采用所提出的设计方法，可以实现初级开关的零电压开关(ZVS)操作和次级整流器的零电流开关(ZCS)操作。
最后，搭建了一个500W 的实验装置来验证理论分析。
随着电动汽车充电以及新能源发电等领域对高能量密度日益增长的需求，具有软开关功能和高频特性的谐振变换器引起了各国学者的关注。
LLC 谐振变换器以其高效率、零电压开关和高功率密度等特点受到广泛应用。
然而，LLC 谐振变换器在大电流应用场合时，较大的谐振电流对变换器极其不利，且整流侧二极管反向恢复将导致电压尖峰大等问题。
国内外学者就此问题展开了相关研究，以期改善LLC 谐振变换器在大电流应用场合下的工作性能。
有关文献中研究了一种使用全桥拓扑的结构，考察了拓扑的控制策略和零电压开关(ZVS)，可以减少电磁干扰污染，提高转换器的可靠性。
有关文献分析了三电平半桥DC-DC 变换器的性能，并提出改进控制策略用于缩小开关频率范围，然而低电压输入时的效率低，并且谐振元件的应力大。
鉴于上述问题，本文提出了一种三电平组合式LLC 谐振变换器拓扑并对其工作原理进行了分析，更进一步研究了电压增益特性。
该拓扑结合了全桥拓扑与多电平拓扑结构优点，且组合式结构能缓解单个谐振腔的负担，从而减小磁性元器件体积，进一步提高了能量密度。
最后，通过搭建实验样机验证了其可行性和合理性。
1 三电平组合式LLC谐振变换器三电平组合式LLC 拓扑结构如图1所示，高压侧采用全桥三电平拓扑、低压侧采用组合式整流拓扑，与中间级采用组合式LLC 对称设计。
基于LLC谐振变换器的数字化电源控制系统
证 了所 设 计 电 源 的正 确 性 。
关键词 ： Ｌ Ｌ Ｃ谐 振 变换 器 ； Ｌ ６ ５ ９ ９ ； 数 字 电位 器 ； 单 片机
பைடு நூலகம்
Ｃｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｏ ｆ Ｄｉ ｇ ｉ ｔ ａ ｌ Ｐｏ ｗｅ ｒ Ｓ ｕ ｐ ｐ ｌ ｙ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ＬＬＣ Ｉ ｓ ｏ ｎ ａ ｎ ｔ Ｃｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ
第 ４期
２ ０１ ４年 ７月
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源
学
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ＮＯ ． ４
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｐ ｏ ｗｅ ｒ Ｓ ｕ ｐ ｐ ｌ ｙ
Ｊ ｕ ｌ ｙ ． ２ ０１ ４
ＤＯ Ｉ ： １ ０ ． １ ３ ２ ３ ４ ￣ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． ２ ０ ９ ５ — ２ ８ ０ ５ ． ２ ０ １ ４ ． ４ ． ５ ７
摘要 ： Ｌ Ｌ Ｃ谐 振 变换 器 因其 具 有 输 入 电 压 范 围 宽 、 负载 变化 范 围大 、 开关 管 易 实现 Ｚ Ｖ Ｓ等优 点被 广 泛 应 用在 电
源设 计 中 。 本 文设 计 了一 款 基 于 Ｌ Ｌ Ｃ谐 振 变换 器 的 数 字 化 电 源 。 其控 制 电路 由 专 用 的模 拟 控 制 芯 片 Ｌ ６ ５ ９ ９ 、 数 字 电 位 器和 单 片机 组 成 。 详 细给 出 了控 制 电路 各 组 成 部 分 的 设 计 方 法 和 过程 。 并 进 行 了控 制 系统软 件 设 计 。 各 种 实验验
LLC谐振转换器原理及设计方案
LLC谐振转换器原理及设计方案时间：2010-05-07 01:05:16 来源：今日电子作者：飞兆半导体公司Jintae Kim 多种类型的LED TV主功率级拓扑相继推出，比如非对称半桥转换器、双开关正激转换器和LLC谐振转换器。
其中，LLC谐振转换器虽然相比其他转换器具有更多优势，但因为其设计复杂困难，所以在过去很少受到关注。
不过，这几年间，IC制造商已开发出用于LLC谐振转换器的控制器，而且发表了许多相关技术说明和设计工具，让其设计变得更容易，并使得这种技术获得更多的关注。
现在，LLC谐振转换器已经成为LED TV最流行的主功率级拓扑。
LLC谐振转换器的出色优点有：（1）在整个负载范围(包括轻载)下都是以ZVS(zero voltage switching，零电压开关)条件工作，从而实现高效率；（2）工作频率变化范围比较窄，便于高频变压器和输入滤波器的设计；（3）初级端所用开关的电压应力被钳位在输入电压上，而次级端两个二极管上的电压始终等于中心抽头变压器输出电压的两倍。
LLC谐振转换器可以工作在两个不同类型的ZVS区域之内。
一个被称为“上区域(above region)”(或上谐振工作区域)，这里，初级端的环流变小，但次级端上的二极管为硬开关。
另一个是“下区域”(或下谐振工作区域)，这时，次级端上的二极管可实现软开关。
本文将简单介绍LLC谐振转换器的工作原理和工作区域，此外还将讨论其设计步骤。
图1 LLC谐振转换器的基本电路LLC谐振转换器的工作原理图1所示为LLC谐振转换器的基本电路。
LLC谐振转换器一般包含一个带MOSFET的控制器、一个谐振网络和一个整流器网络。
控制器以50%的占空比交替为两个MOSFET提供门信号，随负载变化而改变工作频率，调节输出电压Vout，这称为脉冲频率调制(PFM)。
谐振网络包括两个谐振电感和一个谐振电容。
谐振电感Lr、Lm与谐振电容Cr主要作为一个分压器，其阻抗随工作频率而变化(见式1)，以获得所需的输出电压。
LLC谐振变换器研究与设计.
ＬＬＣ
ｌｏａｄｒｅｓｏｎａｎｔｃｏｎｖｅｒｔｅｒＣａｌｌａｃｈｉｅｖｅｚｅｒｏｖｏｌｔａｇｅｓｗｉｔｃｈｉｎｇ（ｚｖｓ）ｗｉｔｈａｎｙｌｏｓｓｅｓ，ａｎｄｔｈｅｐｏｗｅｒｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｗｉｔｃｈｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｒｅｄｕｃｅｔｈｅｓｗｉｔｃｈｉｎｇ
Ｈｏｗｅｖｅｒ，ＬＬＣｒｅｓｏｎａｎｔｃｏｎｖｅｒｔｅｒｈａｓｓｏｍｅｓｈｏｒｔｃｏｍｉｎｇｓ，ｆｏｒｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｅ
ｔｏｏｅｔｈｏｄｏｆｃｏｎｔｒｏｌｉｓ
ａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ，ａｎｄｌｏｓｓｅｓｏｖｅｒｌｏａｄｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｉｓｄｅｓｉｇｎｉｓｄｉｆｆｉｃｕｌｔｙ．Ｉｎｓｗｉｔｃｈｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎｍｕｃｈｈｉｇｈｅｒｂｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｌａｒｇｅｍａｇｎｅｔｉｚｉｎｇｃｕｒｒｅｎｔ，ｗｉｔｃｈａｌｓｏａｆｆｅｃｔｓｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｔｈｅｃｏｎｖｅｒｔｅｒ．Ｆｏｒｔｈｅｓｅｒｅａｓｏｎ，ｉｔｈａｓｇｒｅａｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｔｏａｎａｌｙｓｉｓｔｈｅＬＬＣｒｅｓｏｎａｎｔｃｏｎｖｅｒｔｅｒａｎｄｇｅｔａｕｓｅｆｕｌｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄ．
利spiee仿真软件对等效电路进行仿真分析变换器的直流增益曲线3基于fha等效模型的分析给出llc谐振变换器谐振参数的设计方法并对实验样机参数进行完整的设计介绍谐振变换器的小信号建模冋题基于扩展描述函数法对llc谐振变换器的小信号模型过程进行了详细的推导并研究了补偿器的设计问题设计并制作一台llc谐振变换器样机通过测试关键波形验证设计的正确性章llc谐振变换器的工作原理尽管llc谐振变换器在电路结构上与传统的谐振变换器较为相似但由于励磁电感参与了谐振过程llc谐振变换器的工作过程较传统的谐振变换器更为复杂
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２中 国建筑 科学研 究 院 ，北京 ．
１０ １ ；３冀 中能源股 份有 限公司 东庞矿 ，河北 邢 台 ０ ４ ０ ） ００３ ． ５ ００
摘 要 ： 电平 直流变 换器 可 降低功 率开 关器件 承 受 的电压应力 ． 高压 输入 场合 可选择 低压 器件 ， 三 在 有利 于功率
授 ， 究 方 向 为 逆 变 器 并 联 控 制 技 术 、 频 磁 链 逆 变 器 拓 研 高 扑和控 制技 术等 。
主 电路 结 构如 图 １所示 。主要 工作 波 形 如 图 ２
２１
第４ ６卷 第 ９期
２ ２年 ９月 ０１
电 力 电 子 技 术
Ｐ ｗｅ ｌｃ ｒ ｎ ｃ ｏ ｒＥ ｅ ｔｏ ｉ ｓ
ｃ ｍｐ ｅ ｅ ａ ｅ ｎ ｄｇ ｔｌ ｃ ｎ ｒｌ ｔ ｅ ｅ ｐ ｒｍｅ ｔ ｌｒ ｓ ｌ ｅ ｎ ｔａｅ ｔ ｅ ｃ ｒ ｃｎ ｓ ｆ ｔ ｅ ｔ ｅ ｒ ａｙ ｉ ａ ｄ ｔ ｅ ｏ ｌｔ ｄ ｂ ｓ ｄ ｏ ｉ ｉ ｏ ｔ ， ｘ ｅ ａ ｏ ｈ ｉ ｎ ａ ｅ ｕ ｔ ｄ ｍｏ ｓ ｔ ｈ ｏ ｒ ｔ ｅ ｓ ｏ ｈ ｏ ｙ ａ ｌｓｓ ｎ ｈ ｓ ｒ ｅ ｈ ｎ
第４ ６卷 第 ９期
２１ ０ ２年 ９ 月
电 力 电子 技 术
Ｐ ｗ ｒＥｌｃｒ ｎ ｃ ｏ ｅ ｅ ｔ ｉｓ ｏ
Ｖ １ ６． ． ｏ． ４ Ｎｏ９ Ｓ ｐ ｅ ｅ ０１ ｅ ｔ ｍｂ ｒ２ ２
基于数字控制的三 电平 Ｌ Ｃ谐振变换器设计 Ｌ
赵 清 林 ，刘 兴 ，王 燕 芹 ，赵 建 勇
开关管 Ｚ Ｓ Ｖ ，但 其 滞 后 管 在 负 载 较 轻 时 不 易 实现
定 稿 日期 ： ０ ２ ０ — ６ ２ １ — ７ １
Ｚ Ｓ 又 能实 现 整 流 二 极 管 Ｚ Ｓ 提 高变 换 器 效 率 。 Ｖ ， Ｃ， 降低 电磁 干 扰 。 压端 输 入 效 率 较 高 ， 合 有 断 电 高 适
ａ ｉｎ ｐ ｎ ｉ ｌ ｃ ｎｒ ｌ ｔ ａ ｏｌ ｉ ｒ ｃ ｐｅ， ｏ ｔ ｍｏ ｅ ｎ ｄ ｔ ｅ ｉｎ ｄ ｓ ｎ ａ ａ ｔｒ ａ ｅ ｉｃ ｓ ｅ ｔ ｅ ０ ｐ ｏｏｙ ｅ ｅ ｐ ｒ ｎ ｉ ｏ ｄ ａ ｈ ｍａ ｅ ｉ ｐ ｒ ｍｅｅ ｓ ｒ ｄ ｓ ｕ ｓ ｄ， ８ ０ Ｗ ｇ ｈ ｒ ｔｔ ｐ ｘ ｅ ｍｅ ｔ ｓ ｉ
次级 电流 取 决 于 初 级 ｉ 与 之 差 。
模 态 ２ｔ ｔ 随着初级 谐振达到 峰值且慢 ［～ ］ ２ 慢 减 小 ， 线 性 上 升 ， ｔ时 刻两 者 相 等 。次 级 二 在
极 管 电流 减 小 为 零 ， Ｄ。 电流 关 断 。 此 时 不 Ｖ 零 再 被 输 出 电压 箝 位 ， ， 和 一起 谐 振 。因 Ｌ 》
Ｌ Ｃ谐振 变换器 大 多采用模 拟控 制方 法 。 Ｌ 而 采用数字控 制芯片可 简化控制 电路 的复杂性 ． 使 设 计 更 加 灵 活 。 这 里 介 绍 了 基 于 数 字 控 制 器
ｄＰＣ ３ Ｊ ６ Ｓ ０ ｓＩ ３ Ｆ Ｇ ５ ４的三 电平 Ｌ Ｃ谐 振 变 换 器 的 工 １ Ｌ
保 持 时间 要 求 的场 合【。 其 开 关管 电压应 力 为输 但
入 电压 ， 不适 合 高 压 输 入场 合 。 Ｌ Ｃ谐振 技术 应 将 Ｌ 用 于三 电平 直 流 变 换 器 ，可 在 高 压 输 入 条 件 下 选 用低压器件 ， 实现 功 率器 件 的软 开 关 ， 高 效 率【 提 。
器 件 的选 择。三 电平 Ｌ Ｃ谐 振变换 器不仅 能实现 初级 开关器 件 的 Ｚ Ｓ 还 能实现 输 出整 流二极 管 的 Ｚ Ｓ 有利 Ｌ Ｖ ， Ｃ，
于 提高变 换器效 率 。 降低 电磁干扰 。详细分 析 了三 电平 半桥 Ｌ Ｃ谐 振变 换器 的工作原 理 、 Ｌ 控制 方式及 主要参 数
模 态 １ｔ ｔ 在 ｔ时刻 ， Ｓ， Ｓ 时 开 通 ， ［－ ｏ ］ ｏ Ｖ Ｖ 同 谐 振 电流 ｉ 正 弦 形 式 上 升 ， Ｄ 以 Ｖ 导 通 ，变 压 器 次级 被 输 出 电压 箝 位 ， 磁 电流 在 输 出 电压 的 励 箝 位 作 用 下 线 性 上 升 ，谐 振 发 生 在 与 Ｇ 之 间 ， ｒ
ｈ ｇ ｆ ｃｅ ｃ ｆｔ ｉ ｏ ｖ ｒ ｒ ｉｈ ｅ ｉ ｎ ｙ ｏ ｓ ｃ ｎ ｅ ｔ ． ｉ ｈ ｅ Ｋｅ ｗｏ ｄ ： ｏ ｖ ￣ ｒ ｈ ｒ ｅ ｌｖ ｌ ｏｔ ｓ ｉ ｈ ｎ ｙ ｒ ｓ ｃ ｎ ｅ ｅ ；ｔ ｅ — ｅ ；ｓ ｆ ｗ ｔ ｉｇ；ｄ ｇｔｌ ｃ ｎ ｏ ｅ ｃ ｉｉ ｏ ｔ ｌ ａ ｒ
Ｌ Ｃ 谐 振 变 换 器 既 能 实 现 主 功 率 开 关 管 Ｌ
电设 备谐 波 污 染 的标 准 ，用 电设 备 输 入 端 普 遍 采 用 功 率 因数 校 正 技 术 来 消 除 谐 波 污 染 【。 三 相 功 ” 率 因 数 校 正变 换 器 被 应 用 于 中大 功 率 电源 场 合 ． 并 将 成 为今 后 发 展 趋 势 。然 而 其 输 出 电压 一 般 为 Ｄ ７０ ８０Ｖ， 至 更 高 ， 大 了后 级 直 流 变 换 器 Ｃ ６ ～ ０ 甚 增 开 关 管 的 电压 应 力 。 通 Ｍ Ｓ Ｅ 普 Ｏ Ｆ Ｔ不 能 承 受 高 压 ， 而 高 压 ＭＯ Ｆ Ｔ价 格 高 且 性 能 显 著 下 降 。 ＳＥ 三 电平 直 流 变 换器 能够 将 开 关 管 电压 应 力 降 为 输 入 侧直 流 母 线 电压 的一 半 ．在 高 压 输 入 场 合 能 选 取 低 压 器 件 【， 用 移 相 控 制 技 术 可 实 现 主 采
． ห้องสมุดไป่ตู้
．
最 小 不 能 低 于 厶。
Ｌ Ｃ谐 振 变 换 器 根 据 的不 同可 分 为 以 下 ３种 工 Ｌ
。
样 之 前 流 过 Ｖ 电 流 就 转 移 到箝 位 二 极 管 Ｖ Ｓ的 Ｄ 中 ， ｓ 电压 应 力 被 筘 位 在 ／ ，当 Ｖ 断 ， Ｖ 的 ２ Ｓ关 Ｖ 电压应 力 即 为 ／。Ｖ Ｖ ， Ｓ的 ２ Ｓ 和 Ｓ 同理 。故 定
作 原理 、 制 方 式 及 主 要 参 数 设计 。 过 实 验 结 果 控 通
证 明 了理 论分 析 的 正确 性 及 该 变 换 器 的 高 效性 。
２ 原 理 与 设 计
２１ 工 作 原 理 分 析 ．
作 者 简 介 ： 清 林 （９９ ， ， 龙 江鹤 岗人 ， 士 ， 赵 １６ 一） 男 黑 博 教
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔ ｒ ｅ ｌｖ ｌＤＣ／ ｏ ｖ ｒｅ ａ ｅ ｕ ｅ ｔ ｅ ｖ ｌ ｇ ｔｅ ｓ ｏ ａ ｈ ｍａｎ ｓ ｉ ｈ， ｈ ｃ ａ ｈ ｏ ｅ ｌ ｗ ｖ ｌ－ ｓｒ ｃ ： ｈ ｅ — ｅ ｅ ＤＣ ｃ ｎ ｅ ｔｒ ｃ ｎ ｒ ｄ ｃ ｈ ｏｔ ｅ ｓｒ ｓ ｆ ｅ ｃ ｉ ｗ ｔ ａ ｃ ｗ ｉｈ ｃ ｎ ｃ ｏ ｓ ｏ ｏｔ ａ ｅ ｓ ｅ ｓ ｄ ｖｃ ｓ ｆｒ ｈ ｇ ｏ ｔｇ ｎ ｕ ｐ ｌｃ ｔ ｎ ， Ｏ ｉ ｉ ｈ ｌ ｆ ｌｆ ｒ ｃ ｏ ｃｎ ｏ ｒ ｄ ｖｃ ． ｈ ｅ － ｖ ｌ Ｌ Ｃ ｒ ｓ — ｇ ｔ ｓ ｅ ｉｅ ｏ ｉｈ ｖ ｌ ｅ ｉ ｐ ｔ ａ ｐ ｉａ ｉ ｓ Ｓ ｔ ｓ ｅ ｐｕ ｈ ｉ ｉ ｇ ｐ ｗｅ ｅ ｉ ｅＴ ｒ ｅ ｌ ｅ Ｌ ｅ ｏ ｒ ａ ｏ ｏ ｅ
Ｖｏ ．６，Ｎｏ９ １ ４ ． Ｓ ｐｅ ｅ ０１ ｅ ｔｍｂ ｒ２ ２
所 示 ， Ｓ 与 Ｖ 时开 通 ，而 为 确保 两 只 开 关 管 Ｖ Ｓ同 的 电压 应 力 相 等 ， Ｓ 要 在 Ｖ ： 断 之 前 关 断 ， Ｖ Ｓ关 这
于 谐 振 频 率 。 因此 ， 关 频 率 开 作 状 态 假 定 电路 工作 在
１ 引 言
近 年 来 ，随 着 电力 电子 装 置 的增 多 和 功 率 等
级 的 不 断加 大 ． 国 内外 相 继 制 定 了一 系 列 限制 用
Ｚ Ｓ 整 流 二 极 管 存 在 反 向恢 复 问题 。 在 输 入 电 Ｖ ； 存
压 范 围和 转 换 效 率 的 矛盾 等 缺 点 。
ｎ ｎ ａ ｔ ＤＣ／ ｏ ｖ ｒ ｒ ｍａｎ ａ ｎ ｒ ｓ ｓ Ｚ ｒ ｍａｎ ｓ ｉ ｈ ｓ ａ ｄ Ｚ Ｓ ｆ ｒ ｒ ｃ ｉ ｅ ｉｄ ｓ ｔ ｍｐ ｏ ｅ ｔ ｅ ｅ ］ ＤＣ ｃ ｎ ｅ ｅ ｉ ｔｉ ｓ ｍｅ ｔ ｔ ｉ ａ ＶＳ ｆ ｉ ｗ ｔ ｅ ｎ Ｃ ｅ ｔ ｒ ｄ ｏ ｅ ，ｏ ｉ ｒ ｖ ｈ ｆ 一 ｏ ｃ ｏ ｉ ｆ ｔ
，
谐 振 周 期 变得 很 大 ， 模 态 下 近 似 不 变 。 此
模 态 ３ｔ ｔ Ｖ ｔ 时 刻 关 断 ， 振 电流 ［ ～， ］ Ｓ在 谐
ｃ ｅ ｃ ｆｔ ｅ ｃ ｎ ｅ ｅ ，ｅ ｕ ｅ ＥＭＩＴ ｉ ｐ ｐ ｒ ａ ａｙ ｅ ｈ ｈ ｅ — ｖ ｌｈ ｌ－ ｒ ｇ Ｌ ｅ ｏ ａ ｃ ｏ ｖ ￣ ｒ ｔ ｅ ｏ ｅ — ｉ ｎ ｙ ｏ ｈ ｏ ｖ ｒ ｒ ｒ ｄ ｃ ｔ ． ｓ ａ ｅ ｎ ｌ ｓ ｓ ｔ ｅ ｔ ｒ ｅ ｌ ｅ ａｆｂ ｉ ｅ Ｌ Ｃ ｒ ｓ ｎ ｎ ｅ ｃ ｎ ｅ ｅ ， ｐ ｒ ｈ ｅ ｄ ｈ
（ ．ｅ ａ ｆＰ ｗ ｒＥｅ ｔ ｎ ｓ ｏ ｎｒ ｏｓｒａｏ ｎ ｔｒ ｒ ｅｏ Ｈｅｅ ｒｖｎｅ １ ｙＬｂ ｏ ｏ ｅ ｌｃ ｏｉ ｒＥ ｅ ｙ Ｃ ｎｅｖｔ ｎ ａｄＭｏｏ ｉ Ｋ ｒ ｃｆ ｇ ｉ Ｄｖ ｆ ｂｉ ｏｉ ， Ｐ ｃ Ｙ ｎｈｎ Ｕ ｉｅ ｉ ，Ｑｎ ｕｎ ｄｏ０ ６０ ，Ｃ ｉａ ａｓ ａ ｎｖｒ ｔ ｓｙ ｉｈ ａｇ ａ ６ ０ ４ ｈｎ ）
设计， 采用数 字控制 完成 了 ８０ Ｗ 样机 实验 。实验结 果验证 了理 论分析 的正确 性及该 变换器 的高 效性 。 ０ 关键词 ： 换器 ；三 电平 ；软开 关 ；数 字控制 变