一种针对LLC串联谐振变换器的精确设计方法_英文_

Power Electronics | 21一种针对ＬＬＣ串联谐振变换器的精确设计方法A Novel Precise Design Method for LLC Series Resonant Converter台达电力电子中心 刘腾 周子颖 熊爱明 曾剑鸿 应建平摘 要：本文针对ＬＬＣ串联谐振变换器提出了一种新颖的基于时域分析的精确分析方法，给出了设计的准则和流程。

ＬＬＣ串联谐振变换器具有拓扑结构简单，高效率和易高频化的特点，目前得到了广泛的应用。

为了优化设计并澄清其设计准则，充分理解该拓扑的直流增益特性以及各参数对效率的影响显得尤为重要。

而基于基波近似的传统频域分析方法难于给出准确的结果。

本文依照所提出的精确分析设计方法，搭建并测试了一个ＭＨｚ的ＬＬＣ串联谐振变换器，其效率达９６％。

　试验结果证实了所提出的时域分析方法和设计准则的有效性。

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，　ａ　ｎｏｖｅｌ　ｐｒｅｃｉｓｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｍｅｔｈｏｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｉｍｅ　ｄｏｍａｉｎ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｆｏｒ　ＬＬＣ　ｓｅｒｉｅｓ　ｒｅｓｏｎａｎｔｃｏｎｖｅｒｔｅｒ　ｉｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ａｎｄ　ａ　ｃｌｅａｒ　ｄｅｓｉｇｎ　ｇｕｉｄｅ　ｌｉｎｅ　ｉｓ　ｇｉｖｅｎ．　Ｂｅｃａｕｓｅ　ＬＬＣ　ｒｅｓｏｎａｎｔ　ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ　ｈａｓ　ｓｉｍｐｌｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，　ｈｉｇｈ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ａｎｄ　ｈｉｇｈ　ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ，　ｉｔ　ｉｓ　ｗｉｄｅｌｙ　ｕｓｅｄ　ｎｏｗａｄａｙｓ．　Ｔｏａｃｈｉｅｖｅ　ａｎ　ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｐｒｏｐｏｓｅ　ａ　ｃｌｅａｒ　ｄｅｓｉｇｎ　ｇｕｉｄｅ　ｌｉｎｅ，　ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ　ｉｔｓ　ＤＣ　ｇａｉｎ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃａｎｄ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｎ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｉｓ　ｖｅｒｙ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ．　Ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｍｅｔｈｏｄ［１］　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｆｕｎｄａｍｅｎ－ｔａｌ－ｈａｒｍｏｎｉｃ　ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎ　ｃａｎ　ｎｏｔ　ｇｉｖｅ　ａｃｃｕｒａｔｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ．　Ｆｉｎａｌｌｙ，　ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｄｅｓｉｇｎ　ｇｕｉｄｅ　ｌｉｎｅ，ａ　ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ　ｏｆ　ＭＨｚ　ＬＬＣ　ｓｅｒｉｅｓ　ｒｅｓｏｎａｎｔ　ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ　ｗｉｔｈ　９６％　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｂｕｉｌｔ　ａｎｄ　ｔｅｓｔｅｄ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｔｅｓｔｉｆｉｅｄ　ｔｈｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｄｅｓｉｇｎ　ｇｕｉｄｅ　ｌｉｎｅ．Ｉ ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＨｉｇｈ　ｐｏｗｅｒ　ｄｅｎｓｉｔｙ　ｉｓ　ａｎ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｔｒｅｎｄ　ｆｏｒｔｏｄａｙ’ｓ　ｐｏｗｅｒ　ｓｕｐｐｌｙ　ｍａｒｋｅｔ．　Ｔｏ　ｍｅｅｔ　ｔｈｉｓ　ｔｒｅｎｄ，ｔｏｐｏｌｏｇｉｅｓ　ｗｉｔｈ　ｈｉｇｈ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ａｎｄ　ｈｉｇｈ　ｓｗｉｔｃｈｉｎｇｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ　ｗｉｌｌ　ｂｅ　ｔｈｅ　ｗｉｎｎｅｒ．　ＬＬＣ　ｒｅｓｏｎａｎｔｃｏｎｖｅｒｔｅｒ，　ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｓｈｏｗｎ　ｉｎ　Ｆｉｇ．１，　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｗｉｄｅｌｙｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ｒｅｃｅｎｔｌｙ　ｆｏｒ　ｉｔｓ　ｓｉｍｐｌｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｈｉｇｈｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．　Ｔｈｉｓ　ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ　ｈａｓ　ｈｉｇｈ　ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ　ｆｒｅ－ｑｕｅｎｃｙ　ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ　ｂｅｃａｕｓｅ　ｏｆ　ｉｔｓ　ＺＣＳ　ａｎｄ　ＺＶＳ　ｗｏｒｋｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．　Ｂｕｔ　ａｔ　ｈｉｇｈ　ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，　ｓｗｉｔｃｈ－ｉｎｇ　ｌｏｓｓｅｓ　ｓｔｉｌｌ　ｅｘｉｓｔ　ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ　ｔｈｅ　ｐｒｉｍａｒｙ　ｓｗｉｔｃｈｔｕｒｎ　ｏｆｆ　ｌｏｓｓ　ａｎｄ　ｓｅｃｏｎｄａｒｙ　ｄｉｏｄｅ　ｒｅｖｅｒｓｅ　ｒｅｃｏｖｅｒｙｌｏｓｓ．　Ａｎｄ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｗｉｌｌ　ｂｒｉｎｇ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｗｏｒｋｉｎｇ　ｗａｖｅｆｏｒｍｓ　ａｎｄ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ　ｌｏｓｓｅｓ．Ｂｅｃａｕｓｅ　ｔｈｅｒｅ　ａｒｅ　ｔｏｏ　ｍａｎｙ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｓｕｃｈ　ａｓ　ｒｅｓｏ－ｎａｎｔ　ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ　Ｌｓ，　ｒｅｓｏｎａｎｔ　ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ　Ｃｓ　ａｎｄ　ｍａｇ－ｎｅｔｉｚｉｎｇ　ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ　Ｌｍ，　ｄｅｓｉｇｎ　ｂｅｃｏｍｅｓ　ｃｏｍｐｌｅｘ．Ｔｏ　ｏｖｅｒｃｏｍｅ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｐｒｏｂｌｅｍ，　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｄｅ－ｓｉｇｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ－ｈａｒｍｏｎｉｃ　ａｐｐｒｏｘｉ－ｍａｔｉｏｎ　ｉｓ　ｇｉｖｅｎ　ｆｉｒｓｔ．　Ａｆｔｅｒ　ｄｉｓｃｕｓｓｉｎｇ　ｄｅｔａｉｌｅｄ　ｏｐｅｒａ－Ｆｉｇ．１ ＬＬＣ　ｓｅｒｉｅｓ　ｒｅｓｏｎａｎｔ　ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ22 | Power Electronicsｔｉｏｎ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ＬＬＣ　ｓｅｒｉｅｓ　ｒｅｓｏｎａｎｔ　ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ，　ａｎｏｖｅｌ　ｐｒｅｃｉｓｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｍｅｔｈｏｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｉｍｅ　ｄｏｍａｉｎａｎａｌｙｓｉｓ　ｉｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ａｎｄ　ａ　ｃｌｅａｒ　ｄｅｓｉｇｎ　ｇｕｉｄｅ　ｌｉｎｅ　ｉｓｇｉｖｅｎ．　Ｉｎ　ｔｈｅ　ｅｎｄ，　ｓｏｍｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ａｒｅｇｉｖｅｎ　ｔｏ　ｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄｄｅｓｉｇｎ　ｇｕｉｄｅ　ｌｉｎｅ．ＩＩ ＦＲＥＱＵＥＮＣＹ　ＤＯＭＡＩＮ　ＡＮＡＬＹＳＩＳＴｈｅｒｅ　ａｒｅ　ｓｏｍｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ　ｄｏｎｅ　ｒｅｌａｔｅｄ　ｔｏ　ｔｒａｄｉ－ｔｉｏｎａｌ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　ＬＬＣ　ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ　ｂａｓｅｄ　ｏｎｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ－ｈａｒｍｏｎｉｃ　ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎ．　Ｔｈｅ　ｋｅｙ　ｐｏｉｎｔｉｓ　ａｓｓｕｍｉｎｇ　ｏｎｌｙ　ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ－ｈａｒｍｏｎｉｃ　ｏｆ　ｐｒｉｍａｒｙｃｕｒｒｅｎｔ　ｓｅｎｄｉｎｇ　ｐｏｗｅｒ．　Ｓｏ　ａ　ｓｉｎｅ　ｗａｖｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｉｎｓｔｅａｄｏｆ　ａｃｔｕａｌ　ｐｒｉｍａｒｙ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｉｓ　ｕｓｅｄ　ｆｏｒ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ａｎｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｉｎ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｄｏｍａｉｎ　ｉｓ　ｏｂｔａｉｎｅｄ　ａｓｓｈｏｗｎ　ｉｎ　Ｆｉｇ．２．Ｕｓｉｎｇ　ｔｈｉｓ　ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ　ｃｉｒｃｕｉｔ，　ａ　ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ　ＤＣｇａｉｎ　ｅｑｕａｔｉｏｎ　ｉｓ　ｄｅｄｕｃｅｄ　ａｓ　ｆｏｌｌｏｗｓ．2222)1()111(12/),,(?????????????QhhVVnQhMin （１）Ｗｈｅｒｅ：RonCsLsQ???228? 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