LLC諧振變換器與不對稱半橋變換器的對比Word版

1、傳播優(yōu)秀Word版文檔 ，希望對您有幫助，可雙擊去除！LLC諧振變換器與不對稱半橋變換器的對比日期：2005-9-4來源：電源技術(shù)應(yīng)用 作者：范洪峰 楊益平 呂征宇字體：大 中 小 摘要：介紹了LLC諧振變換器和不對稱半橋變換器兩種不同類型的軟開關(guān)拓?fù)?。分析了它們的工作原理，分別對它們的控制方法，副邊整流管的電壓應(yīng)力和副邊的開通等進行了比較，分析結(jié)果表明，LLC諧振變換器更適合高頻化和高效率的要求。 關(guān)鍵詞：LLC諧振變換器；不對稱半橋變換器；電壓應(yīng)力引言隨著開關(guān)電源的發(fā)展，軟開關(guān)技術(shù)得到了廣泛的發(fā)展和應(yīng)用，已研究出了不少高效率的電路拓?fù)?，主要為諧振型的軟開關(guān)拓?fù)浜蚉WM型的軟開關(guān)拓?fù)?。近幾?/p>

2、來，隨著半導(dǎo)體器件制造技術(shù)的發(fā)展，開關(guān)管的導(dǎo)通電阻，寄生電容和反向恢復(fù)時間越來越小了，這為諧振變換器的發(fā)展提供了又一次機遇。對于諧振變換器來說，如果設(shè)計得當(dāng)，能實現(xiàn)軟開關(guān)變換，從而使得開關(guān)電源具有較高的效率。1 兩種變換器的工作原理1.1 不對稱半橋變換器圖1和圖2分別給出了傳統(tǒng)的不對稱半橋變換器的電路圖和工作波形。圖1中包括兩個互補控制的功率MOSFET（S1和S2），其中S1的占空比為D，S2的占空比為（1D）；隔直電容Cb，其上電壓作為S2開通時的電源；中心抽頭變壓器Tr，其原邊匝數(shù)為Np，副邊匝數(shù)分別為Ns1和Ns2；半橋全波整流二級管D1和D2；輸出濾波電感Ld，電容Cf。不對稱半橋

3、（AHB）變換器的穩(wěn)態(tài)工作原理如下。傳播優(yōu)秀Word版文檔 ，希望對您有幫助，可雙擊去除！1 1）當(dāng)S1導(dǎo)通S2關(guān)斷時，變壓器原邊承受正向電壓，副邊Ns1工作；二極管D1導(dǎo)通，二極管D2截止；2）當(dāng)S2導(dǎo)通S1關(guān)斷時，隔直電容Cb上的電壓加在變壓器的原邊，副邊Ns2工作，二極管D1截止。圖2中n1=Np/Ns1，n2=Np/Ns2，且n1=n2=n。通過對電路的分析，可以得到傳統(tǒng)不對稱半橋變換器占空比D的計算公式Uo=2DnUin(1-D)1.2 LLC諧振變換器圖3和圖4分別給出了LLC諧振變換器的電路圖和工作波形。圖3中包括兩個功率MOSFET（S1和S2），其占空比都為0.5；諧振電容C

4、s，副邊匝數(shù)相等的中心抽頭變壓器Tr，Tr的漏感Ls，激磁電感Lm，Lm在某個時間段也是一個諧振電感，因此，在LLC諧振變換器中的諧振元件主要由以上3個諧振元件構(gòu)成，即諧振電容Cs，電感Ls和激磁電感Lm；半橋全波整流二極管D1和D2，輸出電容Cf。傳播優(yōu)秀Word版文檔 ，希望對您有幫助，可雙擊去除！ LLC變換器的穩(wěn)態(tài)工作原理如下。1）t1，t2當(dāng)t=t1時，S2關(guān)斷，諧振電流給S1的寄生電容放電，一直到S1上的電壓為零，然后S1的體二級管導(dǎo)通。此階段D1導(dǎo)通，Lm上的電壓被輸出電壓鉗位，因此，只有Ls和Cs參與諧振。2）t2，t3當(dāng)t=t2時，S1在零電壓的條件下導(dǎo)通，變壓器原邊承受正向

5、電壓；D1繼續(xù)導(dǎo)通，S2及D2截止。此時Cs和Ls參與諧振，而Lm不參與諧振。3）t3，t4當(dāng)t=t3時，S1仍然導(dǎo)通，而D1與D2處于關(guān)斷狀態(tài)，Tr副邊與電路脫開，此時Lm，Ls和Cs一起參與諧振。實際電路中LmLs，因此，在這個階段可以認(rèn)為激磁電流和諧振電流都保持不變。4）t4，t5當(dāng)t=t4時，S1關(guān)斷，諧振電流給S2的寄生電容放電，一直到S2上的電壓為零，然后S2的體二級管導(dǎo)通。此階段D2導(dǎo)通，Lm上的電壓被輸出電壓鉗位，因此，只有Ls和Cs參與諧振。傳播優(yōu)秀Word版文檔 ，希望對您有幫助，可雙擊去除！ 5）t5，t6當(dāng)t=t5時，S2在零電壓的條件下導(dǎo)通，Tr原邊承受反向電壓；D2

6、繼續(xù)導(dǎo)通，而S1和D1截止。此時僅Cs和Ls參與諧振，Lm上的電壓被輸出電壓箝位，而不參與諧振。6）t6，t7當(dāng)t=t6時，S2仍然導(dǎo)通，而D1和D2處于關(guān)斷狀態(tài)，Tr副邊與電路脫開，此時Lm，Ls和Cs一起參與諧振。實際電路中LmLs，因此，在這個階段可以認(rèn)為激磁電流和諧振電流都保持不變。傳播優(yōu)秀Word版文檔 ，希望對您有幫助，可雙擊去除！通過上面的詳細(xì)分析，對這兩類軟開關(guān)型變換器的工作原理及其特性有了一定的了解，下面將對它們之間的差異進行比較，進一步加深對它們的認(rèn)識。2 兩種變換器差異的對比雖然不對稱半橋變換器和LLC諧振變換器都是軟開關(guān)型變換器，但是，兩者有本質(zhì)的區(qū)別。不對稱半橋變換器

7、是PWM型的，而LLC諧振變換器是諧振型的，因此，它們在控制方法、副邊整流管的電壓應(yīng)力、原邊的電流應(yīng)力等方面有很大的差異，下面將對這些差異進行詳細(xì)分析。 2.1 控制方法的對比不對稱半橋變換器通過調(diào)節(jié)開關(guān)管的占空比來調(diào)節(jié)輸出電壓，圖5給出了在不同的輸入電壓下的占空比變化情況，從圖5可以看出當(dāng)輸入電壓變化范圍比較大時，開關(guān)管的占空比變化范圍也比較大，因此，不對稱半橋變換器的掉電維持時間特性比較差。與不對稱半橋變換器相比，LLC諧振變換器是通過調(diào)節(jié)開關(guān)頻率來調(diào)節(jié)輸出電壓的，也就是在不同的輸入電壓下它的占空比保持不變，因此，與不對稱半橋相比，它的掉電維持時間特性比較好，可以廣泛地應(yīng)用在對掉電維持時間

8、要求比較高的場合。2.2 副邊整流管電壓應(yīng)力的對比傳播優(yōu)秀Word版文檔 ，希望對您有幫助，可雙擊去除！通過對不對稱半橋變換器工作原理的分析，可以得到副邊二極管上的電壓應(yīng)力的計算方法如式（2）及式（3）所示，這樣當(dāng)輸入電壓變化時，就可以了解副邊二極管電壓的變化情況。圖6給出了輸出電壓為48V時副邊整流管上電壓變化情況。當(dāng)輸入電壓比較高時，D2上的電壓比較高，因此，D2必須選用耐壓等級比較高的二極管，這樣就會增加電路的損耗。 相同條件下，LLC諧振變換器中副邊二極管上的電壓應(yīng)力比不對稱半橋變換器小很多，因為，在LLC諧振變換器中副邊二極管上的電壓應(yīng)力是輸出電壓的2倍，如圖7所示。因此，在LLC諧

9、振變換器中可以選擇耐壓比較低的二極管，從而可以提高電路的效率。2.3 副邊二極管的開通對比從對不對稱半橋變換器的分析可知其副邊二極管是硬開通，損耗比較大；而從對LLC諧振變換器的分析可知其副邊二極管是零電流開關(guān)，損耗比較小，這樣就可以提高變換器的效率。2.4 其他方面首先，在不對稱半橋變換器中上下開關(guān)管的占空比是互補的，因此，不對稱半橋變換器中的變壓器有直流偏置現(xiàn)象；而在LLC諧振變換器中上下開關(guān)管的占空比是相等的，因此，LLC諧振變換器中的變壓器沒有直流偏置現(xiàn)象。傳播優(yōu)秀Word版文檔 ，希望對您有幫助，可雙擊去除！ 其次，LLC諧振變換器是通過調(diào)開關(guān)管的工作頻率來調(diào)節(jié)輸出電壓，因此，對于LLC諧振變換器來說，要實現(xiàn)同步整流控制比較復(fù)雜；而不對稱半橋變換器是通過調(diào)開關(guān)管的占空比來調(diào)節(jié)輸出電壓，因此，對于不對稱半橋變換器來說，要實現(xiàn)同步整流控