lc串联谐振变换器

lc串联谐振变换器

谐振变换器是依靠改变开关网络的工作频率实现对输出量的控制的，因此它是一种变

频控制的开关调节系统。谐振变换器的开关动作被设定在零电流或零电压时刻发生，大大

减小了开关损耗；正弦谐振波还能降低高频谐波噪声；由于电路是利用LC谐振，电路中

的寄生电感和电容能够得到应用。基于这些优点，谐振变换器得到了广泛的应用。小信号

建模是分析和控制变换器的有力工具。

谐振变换器建模方法有扩展描述函数法、DQ等效法、注入⁃吸收电流法等。扩展描述函数法也是一种适用于谐振类变换器建模方法，根据描述函数理论非线性环节的稳态输出

可看成一个与输入信号同频的正弦函数，只是幅值与相位不同。把输出信号和输入信号的

复数比定义为非线性环节的描述函数，但是其前提是将输入端开关动作等效成一个统一的

函数。DQ等效法将电路中的矢量，从静止的直角坐标系变换到与电路中矢量相同角速度

旋转的DQ坐标系中。扩展描述函数法和DQ等效法都是以基波等效法为基础所建的模型，适用于电流连续模式，并不适用于电流不连续模式。注入⁃吸收电流法是一种电流连续模式和电流不连续模式下都可用的建模方法。本文采用注入⁃吸收电流法对工作于电流断续模式下的串联谐振变换器的建模展开研究，并在此基础上设计了满足要求的补偿器。

传递函数推导

根据电感电流的连续与否，变换器工作模式分为两种：连续导电模式（CCM）和不连续导电模式（DCM）。当开关频率大于 1 2 的谐振频率时，串联谐振变换器是工作在电流连续模式下的；当开关频率小于1 2 的谐振频率时，串联谐振变换器是工作在电

流断续模式下的，这样开关工作在零电流（ZCS）条件下，可以降低开关损耗，提高电源

的效率。断续工作模式的半个开关周期包含a，b，c三种工作状态。假设负载电容值远远大于谐振电容的电容，因此在一个谐振周期内，负载电容的电压上升非常小，在分析过程

中将其看成一个恒压源。根据以上分析；a，b工作模式的等效电路如图2所示。c表示谐振电流为零时的工作模式（其状态电路图省去）。

仿真实验结果

为了验证补偿器的性能，对串联谐振变换器闭环系统进行了仿真分析。图7为串联谐振变换器加入闭环控制后的输出电压波形。开环系统的调节时间大约为6 ms （如图4所示），闭环系统的调节时间大约为0.8 ms，超调量大约为1%，响应速度有明显的提高。当负载电阻由4.8 Ω跳变至8 Ω时（其他参数固定不变），电路输出电压动态仿真波形如图8所示。从图8可以看出，当负载发生较大突变时，输出电压能较快的调节稳定，调节时间大约为1 ms，达到了较好的动态调节性能。

采用注入⁃吸收电流的方法，建立工作在电流断续模式下串联谐振变换器的小信号传递函数，其传递函数输出电压曲线和变换器传出电压曲线基本吻合，验证了传递函数的准确性。其传递函数是一阶的，虽然不完全精确，但足以通过分析其频率特性来分析电路的动态特性。通过仿真可得到变换器控制⁃输出的小信号传递函数的频率特性曲线，在此基础上设计了合理的补偿器。仿真实验结果表明，基于串联谐振变换器的小信号模型设计的补偿器改善了电路稳定性以及电路负载瞬变的动态特性。