開關電源LLC諧振轉換器的優點及研究分析

伴隨著功率半導體元器件的發展，高頻化已成為一種發展趨勢，高頻變換能夠顯著減小功率變換器的體積、重量，從而有效地提高變換器的功率密度，但傳統的PWM變換器已經很難適應高頻化的發展趨勢。相比于PWM變換器，諧振變換器具有開關工作頻率高、開關損耗小、效率高、允許輸入電壓范圍寬、體積小、重量輕、開關應力小、EMI噪聲小等優點。并且LLC諧振變換器能在全負載范圍內實現開關管的ZVS，副邊整流二極管實現ZCS，有效降低了開關損耗，大大提高了電源效率。此外，LLC諧振變換器還可實現諧振電感和變壓器的磁集成。基于上述優點，LLC諧振變換器在現代開關電源中得到了廣泛的使用。 本文首先對諧振變換器的基本分類和自的優缺點進行了總結和歸納，并與傳統的PWM變換器行了對比，總結出了LLC諧振變換器的主要優點；詳細分析了LLC諧振變換器的工作原理，對其在各個頻率范圍內的工作波形分別作了深入探討；基于FHA(基波分析法)的方法對LLC諧振變換器的穩態直流增益特性進行了詳細研究，并由此總結推導出了一種簡單的諧振參數設計方法，結合設計實例，給出了各參數計算結果；基于擴展描述函數法建立了LLC諧振變換器的小信號模型，在此基礎之上分析了開關頻率變化時變換器的小信號特性，并根據動態特性的要求對變換器的補償器設計問題進行了分析，設計了補償器的基本結構；采用磁集成技術，利用變壓器的漏感和勵磁電感，將諧振電感集成到變壓器中，減少了磁件的數量和體積；通過SABER仿真結果驗證了理論分析的正確性。