LLC谐振变换器交错并联技术的研究

随着能源问题的日趋紧张,DC/DC变换器的效率已成为衡量开关电源质量的重要指标之一。在众多的DC/DC变换器拓扑中,谐振变换器相对于传统的PWM变换器而言具有开关频率高、开关损耗小、EMI噪声小和体积小等优点,尤其是LLC谐振变换器具有在全负载范围内原边开关管能实现零电压开通,副边二极管能实现零电流关断,便于磁集成和能以很小的频率变化控制输入电压宽范围变化或负载变化等优势,因而已被得到了广泛的关注和应用。然而LLC变换器副边整流网络中不含电感,副边电流工作在断续状态,导致副边峰值电流过大,其输出电流交流有效值与平均值之比为0.48,故当输出功率增加时输出滤波电容发热严重,进而会缩短电源的寿命。 本文在查阅文献的基础之上,采用了将两路LLC谐振变换器间接并联的结构,两路LLC驱动脉冲交错90°,能有效减小输出电流的纹波,减小输出滤波电容的数量和变换器的体积,且有利于增大变换器输出功率的等级。 两路LLC谐振变换器交错并联是通过将直流输入电压经两个分压电容分压后分别送入每一路LLC实现的。两路LLC输出端并联后共用输出滤波电容,只需电压控制环实现输出电压的稳定,省去了复杂的电流控制环,交错90°信号由控制脉冲分频后处理得到。这种间接并联结构具有结构简单,均流效果显著等优点。 本文详细分析了LLC谐振变换器的工作原理,用基波分析法得到了其增益特性、阻抗特性、空载特性和开关管零电压开通的限制条件。在原理分析的基础之上,用MathCAD软件对系统主电路和控制电路的参数进行计算,并用PSIM仿真软件对设计参数进行仿真验证。制作了24 V/14 A的实验样机,实验结果证明本文提出的间接并联结构能够自动实现两路LLC的自动均流,开关管在全负载范围内实现了零电压开通,开关噪声明显降低,效率测试曲线表明变换器在半载时效率可达95.3%。