【摘要】：功率開關管的高頻化可以大幅度減小電容、電感及變壓器的體積,不但降低了電子元器件的使用成本,還有效提高了變換器的功率密度。但是,簡單地提高功率開關管的頻率,開關管的開關損耗也會相應大幅增加,造成變換器的效率降低。同時,整流二極管在工作于高頻時會有嚴重地反向恢復問題,不但會帶來嚴重地EMI,增加設計難度,還會進一步降低變換器的效率。傳統(tǒng)的PWM變換器受掉電保持和開關損耗的限制已很難滿足人們對高頻高效的要求。在此背景下,LLC諧振變換器應運而生。LLC諧振變換器不但可在全負載范圍內實現(xiàn)開關管及二極管的軟開關,還可實現(xiàn)高度的磁集成,具有高效率、高功率密度、低EMI噪聲、寬電壓輸入范圍等優(yōu)點,已廣泛應用于中小功率等級的電子產品中。LLC諧振變換器與移相全橋變換器在不同功率等級的市場獲得了廣泛的應用。國內外文獻對兩者的優(yōu)劣進行了深入研究,但鮮有文獻對其開關損耗進行對比分析過,又因LLC諧振變換器是PFM工作方式且關鍵參數(shù)較多,尚存在控制方式復雜,參數(shù)選取困難,諧振電流過載保護等諸多問題。針對這些問題本文主要開展了以下工作:首先,給出了LLC軟開關分布式電源系統(tǒng)設計方案,介紹了EMI濾波器的原理、APFC電路的原理及基于UC3854的SABER仿真模型、掉電保持電容的計算過程,重點分析了半橋型LLC諧振變換器的穩(wěn)態(tài)建模,利用ORIGIN繪制了電壓增益特性曲線,在此基礎上分析了關鍵參數(shù)對變換器電壓增益的影響。其次,建立了LLC諧振變換器等效電路模型,并運用擴展描述函數(shù)法進行小信號建模,得出了變換器電壓增益數(shù)學模型,證實了FHA建模法的正確性。再次,建立了LLC諧振變換器開關損耗數(shù)學模型,結合課題的要求,給出了變換器核心參數(shù)基于MATHCAD的設計流程及開關管和二極管的選取過程并完成了開關損耗功率計算�；赟ABER仿真對移向全橋PWM ZVS變換器和半橋型LLC諧振變換器在同樣輸入、輸出、開關頻率下的開關損耗進行了對比研究。最后,基于SABER仿真對半橋型LLC諧振變換器基本型與改進型進行了對比實驗,驗證了改進型的諧振電流過載保護能力,并對改進型進行了小信號時域仿真,得出其輸入頻率變化到輸出電壓的波特圖,再結合波特圖分析進行閉環(huán)補償控制器設計,結果表明LLC諧振變換器在不同帶載情況下均可穩(wěn)定輸出。
[Abstract]:The high frequency of power switch can greatly reduce the volume of capacitance, inductance and transformer, which not only reduces the cost of electronic components, but also increases the power density of converter. However, if the frequency of the power switch is simply increased, the switching loss of the switch will increase significantly, resulting in a decrease in the efficiency of the converter. At the same time, the rectifier diode will have a serious reverse recovery problem when it works at high frequency, which will not only bring serious EMIs, increase the design difficulty, but also further reduce the efficiency of the converter. The traditional PWM converter is difficult to meet the requirements of high frequency and high efficiency due to the limitation of power off and switching loss. Under this background, the LLC resonant converter emerges as the times require. The LLC resonant converter can not only realize the soft switching of switches and diodes in the full load range, but also achieve high magnetic integration, with high efficiency, high power density and low EMI noise. The wide voltage input range has been widely used in medium and small power electronic products. LLC resonant converters and phase-shifted full-bridge converters have been widely used in the market of different power levels. The merits and demerits of the two have been deeply studied in domestic and foreign literature, but few literatures have compared and analyzed their switching losses. Because the LLC resonant converter is a PFM operation mode and has many key parameters, the control mode is complex and the parameters are difficult to select. Resonance current overload protection and so on. The main work of this paper is as follows: firstly, the design scheme of LLC soft switching distributed power supply system is given, and the principle of EMI filter and SABER simulation model based on UC3854 are introduced. In this paper, the steady-state modeling of half-bridge LLC resonant converter is analyzed, and the characteristic curve of voltage gain is drawn by ORIGIN. On the basis of this, the influence of key parameters on voltage gain is analyzed. Secondly, the equivalent circuit model of LLC resonant converter is established, and the small signal model is built by using the extended description function method. The mathematical model of voltage gain of the converter is obtained, which verifies the correctness of the FHA modeling method. Thirdly, the mathematical model of switching loss of LLC resonant converter is established. According to the requirements of the project, the design flow of the core parameters of the converter based on MATHCAD and the selection process of switch tube and diode are given, and the power calculation of switching loss is completed. Based on SABER simulation, the switching losses of full-bridge PWM ZVS converters and half-bridge LLC resonant converters at the same input, output and switching frequencies are compared. Finally, based on the SABER simulation, the comparison between the basic and the improved LLC resonant converter is carried out, which verifies the improved resonant current overload protection capability, and makes a small signal time domain simulation of the improved one. The baud diagram of the input frequency changing to the output voltage is obtained, and the closed-loop compensation controller is designed based on the Porter diagram analysis. The results show that the LLC resonant converter can output stably under different load conditions.
【學位授予單位】：東華大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM46

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本文編號：2174050