全桥LLC谐振变换器研究资料下载.pdf

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文美娟（签名）指导教师：

张刚刘树林（签名）摘要随着开关电源向高频、高效和高功率密度方向的发展，传统的硬开关在应用中出现了很多问题。

为解决这些问题，软开关技术应运而生。

谐振型开关变换器作为软开关的一种，具有工作频率高、损耗小、效率高、体积小等优点。

而LLC谐振型开关变换器以其兼具能够在全负载范围内实现原边开关管的ZVS开通，整流二极管的ZCS关断的特点和便于磁集成、输入电压范围宽等优势，在高频开关领域获得了广泛的关注和应用。

本文首先研究了谐振型开关变换器的发展及其分类，并对各种谐振变换器的优缺点进行了比较和总结。

在此基础上对全桥LLC谐振变换器的工作原理进行了详细分析，同时还分析了其频率特性、空载特性以及短路特性，指出了变换器各参数对其工作情况的影响。

其次，采用MC33067作为全桥LLC谐振变换器的主要控制芯片，探讨了变换器主电路以及驱动电路的详细设计过程，其中包括主开关管、整流二极管、输出滤波电容等元器件的参数计算及选型，着重给出了谐振电感、谐振电容等谐振元件以及主变压器、驱动变压器等磁性元件的选择依据和设计方法。

最后，采用Saber软件对该变换器主电路进行了仿真分析并搭建了实验样机，详细分析了实验过程中遇到的几个问题，如变换器不能工作在感性状态、工作频率不可线性变化，并给出了相应的解决方案。

本文设计了一台500W的全桥LLC谐振变换器实验样机。

通过对样机的测试得到了变换器开关管的驱动波形、谐振电流以及输出纹波电压等波形。

经过对这些波形的分析可知，文中的理论研究和设计方法都是合理可行的。

关键词：

全桥LLC谐振变换器，ZVS，空载特性，MC33067研究类型：

应用研究Subject：

ResearchonFullBridgeLLCResonantConverterSpecialty：

PowerElectrics&

PowerDrivesName：

WenMeijuan（Signature）Instructor：

ZhangGangLiuShulin（Signature）ABSTRACTWiththedevelopmentoftheswitchingpowersupplytowardthehighfrenquency,efficiencyandpowerdensity,thetraditionalhardswitchingappearsalotofproblemsintheapplication.Tosolvetheseproblems,thesoftswitchingtechnologycomesintobeing.Asakindofsoftswitching,theresonanceswitchingconverterhastheadvantagesofhighfrequency,lowloss,highefficiency,smallsize,andsoon.AstheLLCresonantpowerconvertercanachievebothZVSoftheprimaryswitchandZCSoftherectifierdiodeinfullloadrangeandhavetheadvantagesofeasyintegrating,wideinputvoltagerangeandsoon,itgetswideattentionandapplicationinthehighfrequencyswitchingfield.Firstly,thebasicclassificationofresonantconvertersandtheadvantagesanddisadvantagesofvariousresonantconvertersareanalyzedinthispaper.Onthisbasis,notonlytheworkingprinciplebutalsothefrequencycharacteristic,no-loadcharacteristicandshort-citcuitcharacteristicoftheconverterarediscussedindetail.Andtheimpactsoftheparametersontheconverterarepointedout.Inaddition,thehighperformanceresonantmodecontrollerMC33067isselectedasthemaincontrolchipoftheconverter.Thedetaileddesignprocessoftheconvertersmainanddrivecircuitsareinvestigated,includingtheparameterscalculationandselectionofmainswitch,rectifierdiodeandoutputfiltercapacitor.Especially,theselectingbasisanddesignmethodoftheresonanceelements（e.g.theresonantinductor,capacitorandsoon）andmagneticelements（suchasthemaintransformeranddrivetransformer,etc.）aregiven.Finally,Sabersoftwareisadoptedtosimulateandanalyzethemaincircuitoftheconverter.Anexperimentalprototypeissetup,andsomeproblems,e.g.,theconvertercantworkontheinductivestateandtheoperatingfrequencycantbelinearchange,intheexperimentareanalyzedindetailandthecorrespondingsolutionsaregiven.A500Wfull-bridgeLLCresonantconverterprototypeisdesignedinthispaper.Waveformsofswitch,resonantcurrentandtheoutputripplevoltagecanbeobtainedaccordingtotheprototypetest.Itprovesthatthetheoreticalresearchanddesignmethodinthispaperarereasonableandfeasible.Keywords：

FullbridgeLLCresonantconverter,ZVS,Noloadcharacteristic,MC33067Thesis：

ApplicationResearch目录I目录1绪论.11.1本课题研究背景及意义.11.2国内外研究动态和发展趋势.21.2.1谐振型开关变换器的研究动态.21.2.2LLC谐振变换器的发展趋势.91.3本文的主要研究内容.102全桥LLC谐振变换器的原理及特性.122.1全桥LLC谐振变换器的主电路结构.122.2全桥LLC谐振变换器的等效电路及工作区域.132.2.1全桥LLC谐振变换器的等效电路.132.2.2全桥LLC谐振变换器的工作区域.162.3全桥LLC谐振变换器工作原理分析.192.3.1变换器在fmffr时工作原理.252.4全桥LLC谐振变换器的特性分析.282.4.1频率特性.282.4.2空载特性.302.4.3短路特性.322.5本章小结.323全桥LLC谐振变换器设计.343.1全桥LLC谐振变换器电路组成框图.343.2主电路设计.353.2.1主变压器设计.353.2.2谐振电容Cr选取.373.2.3谐振电感Lr选取.383.2.4励磁电感Lm选取.383.2.5主开关管的选用.393.3整流滤波电路设计.413.3.1整流电路拓扑选择.413.3.2输出整流二极管的选择.42西安科技大学硕士学位论文II3.3.3输出滤波电容Cf的选择.423.4控制电路设计.433.4.1主功率管驱动信号的产生电路.433.4.2功率驱动电路.493.4.3输出隔离反馈电路.493.5仿真分析.513.6本章小结.564实验及分析.574.1实验验证及结果分析.574.1.1开关管的ZVS波形及分析.574.1.2谐振电流波形及分析.594.1.3纹波电压波形及分析.604.1.4空载测试结果及分析.604.1.5效率测试结果及分析.614.2实验中遇到的问题及解决方案.624.3本章小结.635结论与展望.645.1结论.645.2展望.65致谢.66参考文献.67附录A攻读硕士学位期间参与的科研项目.70附录B全桥LLC谐振变换器设计电路图.711绪论11绪论1.1本课题研究背景及意义20世纪60年代初硬开关技术在DC-DCPWM功率变换领域开始了广泛的发展和研究。

所谓“硬开关”是指功率开关管的开通或关断时，器件上的电压或电流不等于零，即强迫器件在电压不为零时开通，或电流不为零时关断，而此时产生的损耗成为开关损耗1。

开关变换器的发展趋势是高频、高功率密度和小型轻量化。

随着开关变换器工作频率的不断提高，传统硬开关的缺点在应用中表现的越来越明显，即有以下缺点2：

（1）硬开关中存在着开关损耗，其大小与变换器的开关工作频率成正比，开关的工作频率越大，则其损耗就越大，变换器的效率就会越低，这样开关频率的提高就受到了一定的限制，影响变换器的小型化和轻量化。

（2）工作在硬开关状态时，开关管会产生很高的di/dt和du/dt，从而使变换器中电磁干扰大大增加，影响周围电子设备的工作。

（3）变换器中开关管的感性关断电压尖峰大，电流的突变会使感性元件感应出电压尖峰，开关频率越高，电压尖峰越大，越容易对电路中的开关器件造成损坏。

（4）开关变换器的容性开通电流尖峰大，当开关器件在两端电压很高的情况下开通时，开关器件结电容中储存的能量将以电流的形式耗散在该器件内，开关频率越高，电流尖峰越大，从而会引起器件过热损坏。

（5）二极管的反向恢复问题，如果在二极管的反向恢复期内，立即开通与之串联的开关器件，会产生很大的冲击电流，损坏二极管和开关器件。

为了克服上述硬开关在应用中的诸多缺点，20世纪70年代开始软开关技术得到国内外学者们的重视和研究3。

它实际上是利用电感和电容来对开关的开关轨迹进行整形。

通过在电压为零时使开关元件开通，在电流为零时使开关元件关断，来消除开关损耗。

最早的软开关是采用有损缓冲电路的方法来实现的。

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