全桥LLC谐振电源的设计与研究理论部分Word文档格式.doc

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学号

姓名

指导教师

尹斌

评阅人

王仲夏

2013年6月

中国马鞍山

本科毕业设计（论文）任务书

Ⅰ、毕业设计（论文）题目：

全桥LLC谐振电源的设计与调试-理论部分

Ⅱ、毕业设计（论文）工作内容（从专业知识的综合运用、论文框架的设计、文献资料的收集和应用、观点创新等方面详细说明）：

随着软开关技术和并联均流的发展，高性能的大功率高频开关电源的研究与开发已成为电力电子领域的重要研究方向，高频化,高效率，高功率密度和低损耗，低EMI噪声是DC/DC变换器的发展趋势，全桥LLC谐振变换器能够实现全负载范围下原边开关管ZVS，副边整流管ZCS,有效解决了移相全桥PWMZVSDC/DC变换器存在的问题，使得LLC谐振拓扑结构成为电力电子技术领域研究的热点。

本课题以全桥LLC谐振变换器为研究内容，并与移相全桥PWMZVSDC/DC变换器进行比较，总结二者优缺点，接着对变换器工作原理进行详细研究，建立数学模型，运用MATLAB仿真证明理论分析的正确性。

最后，搭建220V-40A全桥LLC谐振变换器实验平台，验证理论分析的正确性和设计方法的合理性。

具体工作的步骤、内容、要求安排如下：

1.绪论，介绍研究的背景。

2.以全桥LLC谐振变换器为研究内容，并与移相全桥PWMZVSDC/DC变换器进行比较总结二者优缺点。

3.对变换器工作原理进行详细研究，建立数学模型，运用MATLAB仿真证明理论分析的正确性。

4.总结论文。

Ⅲ、进度安排：

第1周～第2周（2周）：

根据毕业设计任务和要求，收集、查阅和研究学习相关的信息和资料：

确定相应的技术方案和实施过程及规划；

第3周～第5周（3周）：

撰写论文初稿，查阅相关资料进行修改；

第6周～第9周（4周）：

设计电路图，调试硬件；

第10周～第12周（3周）：

完成MATLAB软件设计；

第13周～第14周（2周）：

充实论文，后期检查整改。

Ⅳ、主要参考资料：

[1]张占松，蔡宣三，开关电源的原理与设计（修订版），电子工业出版社，2006.1.361~367

[2]阮新波，严仰光，直流开关电源的软开关技术，北京：

科学出版社，2000

[3]马利军，峰值电流模式控制在移相全桥变换器中干的应用[硕士学位论文]，河海大学电气工程学院，2007.

[4]YileiGu,C.Chen,"

AnalysisandDesignofTwo-TransformerAsymmetricalHalf-BridgeConverter,”Proc,IEEEPESC'

022002,943-948

[5]L.Krupskiy,V.Meleshine,A.Nemchinov,"

UnifiedModeloftheAsymmetricalHalfBridgeforThreeImportantTopologicalVariations,”Proc,IEEEINTELEC’99,1999,pp.8

[6]丁道宏，杨东平，串联输出谐振变换器开关特性和效率分析，电力电子技术，1994年第一期，29~32

[7]丁道宏，陈玉水，并联输出DC-DC谐振变换器的稳态输出与数字仿真，南京航空航天大学学报，1994，26

（2）：

177~186

[8]王卫，张雷，李可，半桥串并联谐振电源的研究，哈尔滨工业大学学报，1996，28

（1）：

69~75

[9]周伟成，3kWLLC谐振式模块化通信电源[硕士学位论文]，浙江大学电气工程学院，2007

指导教师：

（签名：

），2012年月日

学生姓名：

），专业年级：

电气工程及其自动化09级

系负责人审核意见（从选题是否符合专业培养目标、是否结合科研或工程实际、综合训练程度、内容难度及工作量等方面加以审核）：

专业负责人签字：

，2012年月日

摘要

随着软开关技术和并联均流的发展，高性能的大功率高频开关电源的研究与开发已成为电力电子领域的重要研究方向，高频化,高效率，高功率密度和低损耗，低EMI噪声是DC/DC变换器的发展趋势，全桥LLC谐振变换器能够实现全负载范围下原边开关管ZVS，副边整流管ZCS,有效解决了移相全桥PWMZVSDC/DC变换器存在的问题，使得LLC谐振拓扑结构成为电力电子技术领域研究的热点。

本文首先对谐振变换器基本分类和工作过程进行归纳总结，并与传统PWM变换器进行对比，总结LLC谐振变换器主要优点；

详细讨论LLC谐振变换器工作在各个开关频率区域内工作过程和工作原理，分析变换器工作在容性区域内的缺点和危害性以及轻载情况下的工作状况。

其次，利用基波分析方法建立变换器数学模型，推导输入电压、输出电压和开关频率以及负载的关系，分析LLC谐振变换器空载特性和短路特性，推导感性和容性区域边界条件，确定变换器稳态工作区域，确定主开关管实现ZVS条件，分析系统小信号模型和设计控制器。

最后，根据主开关管的ZVS条件总结谐振参数的计算步骤，据此设计了主电路和控制电路，在讨论几种常用的过流保护方法基础上采用实用过流保护方法，而且对变换器的损耗做出详细的分析。

通过实验证明了LLC谐振变换器具有软开关特性，电路结构简单、效率高，可以实现高频化和高功率密度，电路的输入电压范围和输出功率范围较宽以及输出整流二极管电压应力较低等优点。

关键词：

谐振变换器，软开关，基波分析方法，过流保护，损耗分析

Abstract

InDC/DCconverterapplications,highfrequency,highpowerdensity,highefficiencyisthedevelopmenttrend.AsafocusinDC/DCconvertersresearchfieldsnowadays,LLCseriesresonantconvertercansolvewelltheseproblemssuchashardtoachieveZVSinlightloadandrevererecoveryproblems,alsoworkwellwithoutanyload,andthecurrentthroughtheresonantnetworkisresponsetothevariationonload.Justwiththeadvantagescomparingtotheseriesconverterortheparallelconverter,itcanbewidelyfocusedonandusednowadays.

ThedissertationfirstanalyzesthreetraditionalresonantconvertersandcomparesthemwithLLCresonantconverter,andthensumsuptheadvantagesofLLCresonantconverter,anddiscussesindetailitsprincipleandtheoperationmodesineachfrequencyrange,andthedisadvantagesandharmfulnessinthenon-inductancerangeandtheworkstatesinthelightload.Secondly,basedonthefundamentalharmonicapproximation（FHA）,themathematicsmodeloftheconverterisobtained,thegainrelationsbetweeninputandoutputvoltagedependingonswitchingfrequencyandloadconditionsaregiven,theno-loadandshortcharacteristicisanalyzed,steadyworkingregionofLLCresonantconverterisconfirmed,andtheconditionstoachieveZVSaregiven,small-signalmodelisanalyzedandthecontrollerisdesigned.Finally,thecalculationprocessoftheresonantparametersissummedup,thenthemaincircuitparametersandcontrolcircuitisdesigned,thefruitwayofover-currentprotectionisadopted,andthelossesoftheconverterareanalyzedindetail.TheexperimentalresultsprovethatLLCresonantconverterhavestheadvantagessuchasZVScharacteristic,simplecircuitstructure,theachievementofhighfrequencyandhighpowerdensityandhighefficiency,thewiderangeofi