LLC谐振变换器设计与实现开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

开关器件的高频化已经成为一种趋势，一方面它带来一些好处：能够显著减小lc滤波器以及变压器的体积，从而有效提高变换器的功率密度；另一方面随着开关周期的减小，开关器件的开关损耗显著增加导致变换器的效率降低（尤其是在硬开关条件下）。[1]传统的pwm变换器属于硬开关，产生大量的开关损耗，转换效率低。为了实现变换器的高效率,必须实现开关器件的软开关，主要手段是通过引入谐振电路来实现软开关。在众多谐振变换器的拓扑中，llc谐振变换器具有优异的性能：它是一种带隔离变压器的高功率密度dc/dc变换器，结构简单，能够实现变换器宽输入和全负载范围内原边开关管的零电压开通，副边整流二极管容易实现零电流关断因此开关损耗小，在高的开关频率、高输入电压下具有高效率、高功率密度等等。如今llc谐振变换器已经成为中小功率开关电源的最佳拓扑，在电源产品中已经得到广泛的应用，因此对llc谐振变换器的研究具有十分重要的意义。

llc谐振变换器在20世纪70年代开始风靡全球，是在传统二阶谐振变换器的基础上增加一个并联谐振电感改进而来的，相对于传统谐振变换器在特性上有了明显的改善。因其谐振网络属三元件谐振拓扑架构多重谐振在分析上略有困难，但因结构简单，在高的开关频率、高输入电压下具有高效率、高功率密度等优点，llc谐振变换器现已被大量的应用于lcd（液晶屏）及pdptv（等离子电视）中。[2]

llc谐振变换器在电动汽车领域也有很好的应用前景：在电动汽车中,要求变换器具有功率大、效率高、安全可靠、电磁兼容性好等特点，因此研究大功率高效率的变换器对电动汽车的开发研制具有十分重要的理论意义和工程应用价值。随着电动汽车市场的发展与壮大，这种拓扑将会越来越广泛地被采用。llc谐振变换器目前正朝着轻型、高效、高频、环保以及集成化的方向发展，然而传统的pwm变换器属于硬开关在开关管的开通和关断过程中产生大量的损耗，转换效率低，开关频率低并且体积大。所以为了实现电源系统的高效率与高功率密度以改善电源在高频下的工作能力，必须实现开关电源中开关管的软开关。因为llc谐振变换器具有高效、高开关频率、高功率密度的特点，它是以谐振电路为基本单元，当电路发生谐振时，电压或者电流周期性地过零点，使得开关管在零电压或者零电流条件下开通或者关断，实现软开关从而达到降低开关损耗。在传统的谐振变换器基础演变而来的llc谐振变换器,相比于传统的谐振变换器具有优异的性能，得到广泛的研究。它无需使用额外的辅助网络就可以实现全负载范围内的开关网络中的开关管的零电压开通；其次，变压器副边整流二极管可以有条件的工作在零电流关断，减小了二极管反向恢复所产生的损耗而且其适合工作在宽的输入电压范围下，并且输入电压越高，效率就最高`。谐振变换器在小功率电源产品中已经得到广泛的应用，效率很高。目前的电源在使用谐振型拓扑时常采用模拟控制，有专门的芯片公司的生产的控制芯片，不过存在通用性差、不易扩展、设计复杂等缺点。由于高性能微处理器的出现，电力电子控制技术由模拟控制向数字控制发生转变，使得电路的控制简化，提高系统的灵活性、通用性，智能化程度也越来越高。目前开关电源采用数字化控制成为目前的研究热门，也是高频开关电源的发展趋势之一。所以谐振变换器若采用数字控制芯片作为控制单元可减少元器件数量，设计也更加灵活，可以明显地提高谐振变换器的性能和集成度。由于llc谐振变换器效率通常在90%以上，高于其他的电源拓扑，所以其应用会越来越广泛。综合了已有各种功率变换电路的优点，llc谐振变换器采用数字控制方式能较好地满足车载大功率变换器的各种性能指标：小体积、高效率、大功率、高性能等等。[3]

2. 研究的基本内容与方案

完成对该llc谐振变换器的主电路设计及电路仿真。设计要求：输入电压400v,输出电压范围200-450v，额定输出电压440v,最大输出功率：7.5kw，谐振频率100khz,实现全负载范围内zvs，效率95%。

1.查阅文献，了解llc谐振变换器的基本工作原理；

2.分析主电路的工作过程，根据技术要求计算相应的电路参数（包括电感电容等）；

3. 研究计划与安排

第3～4周：完成文献阅读，了解llc谐振变换器的基本工作原理并完成开题答辩；

第5～7周：分析主电路的具体工作过程，根据技术要求计算相应的电路参数；

第8～10周：利用saber和matlab软件搭建仿真电路并验证；

4. 参考文献（12篇以上）

[1]康勇、陈坚:《电力电子学-电力电子变换和控制技术》；

[2]童辉:《半桥llc谐振dc/dc变换器的研究》，2012；

[3]宫力：《llc串联谐振全桥变换器的研究》，2006；