LLC变流器优化设计及其同步整流技术研究

LLC谐振变流器由于不需要外部辅助电路就能够实现原边开关管的零电压开关和副边整流管的零电流开关,因此具有结构简单和高效率的优点,近年来已被非常广泛的应用于前端DC/DC变换中。目前,电力电子产品发展的趋势是高效率和高功率密度,LLC谐振变流器非常符合这方面的要求,逐渐被应用到更多的应用场合中,同时也面临着这些新应用场合下出现的优化设计和同步整流方面的问题。 高频变压器是LLC变流器中一个重要元件,本文首先应用于对LLC变流器的平面变压器优化设计进行研究。与普通的变压器不同,LLC谐振变流器中的变压器同时实现了一个变压器和一个电感的功能,导致变压器原副边电流并不是同相位的,这就引起一些额外的铜损。本文对绕组结构和气隙的影响分别进行了分析,在损耗分析的基础上讨论提出了一些LLC谐振变流器中平面变压器的优化方法。在分析中,利用有限元分析(FEA)仿真工具为理论分析提供帮助,并制作了样机来检验理论分析和仿真结果。 LLC谐振变流器的容性开关问题对LLC谐振变流器的可靠工作至关重要,该问题的产生与LLC谐振变流器的电路参数有关。本文对LLC谐振变流器在负载切换和高频软启动的暂态过程出现容性开关的原理进行了分析。结合电路仿真,说明了负载切换过程变流器工作点的变化规律,并提出了通过电路参数判定是否会在负载切换过程出现容性开关的方法。另外还通过数学计算得到了在高频软启动过程保证感性开关的条件。通过仿真和实验对理论分析和数学推导进行了验证。 同步整流技术目前也是LLC谐振变流器的一个重要研究方向。本文提出了一种新型的倍压整流LLC谐振变流器电流型同步整流驱动方案。该驱动方案只需要一个单绕组的电流互感器(CT)来驱动副边两个同步整流管(SR),并且能将电流互感器感应电流回馈到输出端,因此具有低损耗,结构简单的优点。文中对驱动电路工作原理进行了详细分析,并说明了该驱动电路参数设计要点,通过设计制作一台样机验证了文中理论分析和该方案的有效性。 最后对本文各部分研究内容和成果做了总结,并提出了进一步改进和研究的方向。