資源描述：
《LLC諧振變換器的高頻變壓器設計》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、2012年中國電機工程學會直流輸電與電力電子專委會學術年會論文集LLC諧振變換器的高頻變壓器設計趙慧超，張青利，劉紅昌，顏湘武（華北電力大學電氣與電子工程學院，保定，071000）摘要：LLC半橋諧振變換器以其高效率、高功率密度等優(yōu)點成為研究的熱門拓撲。合理選擇其參數(shù)是實現(xiàn)變換器高工作效率，優(yōu)良軟開關特性的前提和保證。高頻變壓器既是LLC半橋諧振變換器的核心組件之一，同時又是LLC半橋諧振變換器的主要發(fā)熱源和體積重量的主要占有者。因此，針對高頻變壓器的優(yōu)化設計也是對LLC半橋諧振變換器的優(yōu)化設計。采用AP法針對5kW高頻變壓器進行理論計算與設計，并進行了
2、優(yōu)化，詳細闡述了高頻變壓器的設計與制作方法。關鍵詞：LLC半橋諧振變換器；高頻變壓器；優(yōu)化設計1引言隨著開關電源技術的不斷發(fā)展，電源裝置向小型化、輕量化方向發(fā)展，電源的開關頻率也逐漸高頻化，但在傳統(tǒng)硬開關方式下將使開關損耗增加，影響效率。軟開關技術的出現(xiàn)則[1]在一定程度上緩解了這種矛盾。LLC諧振變換器以其結構簡單，效率高、功率密度大、體積小，重量輕，控制精度高等諸多優(yōu)點在通訊電源領域備受關注，廣泛應用于航天，電子，通信，電動汽車充電站等領域。近年來隨著電動汽車的崛起與發(fā)展，開關電源在電動汽車充電站方面得到了十足的發(fā)展與推廣。但是在實際應用中，開關電源
3、的核心器件高頻變壓器的設計和制作尤為重要，因為高頻變壓器的設計不合理或者制作工藝的不足等問題致使開關電源損耗過大，輸出電壓不穩(wěn)定，發(fā)熱量過大，甚至導致開關電源損壞等情況頻繁出現(xiàn)。因此，開關電源變壓器的設計與制作是制作開關電源的重要環(huán)節(jié)之一。有關LLC諧振變換器參數(shù)設計的資料很多，但其變壓器的詳細設計很少。本文首先介紹了LLC半橋諧振變換器的拓撲結構，然后詳細分析了LLC半橋諧振變換器的高頻變壓器的設計過程。2LLC半橋諧振變換器的拓撲結構半橋LLC諧振變換器的主電路結構如圖1所示。LLC諧振變換器一般包括三部分:方波產[2]生電路、諧振網絡和輸出電路。方
4、波產生電路可以是半橋或全橋結構(一般根據(jù)功率需求選擇)。通過高低端開關管的交替導通，將直流輸入轉換為方波。當然，為防止它們同時導通，LLC諧振控制器普遍會在高低端開關管的驅動信號之間插入固定或可調的死區(qū)時間。LLC諧振變換器的諧振網絡由三個諧振原件構成，分別為諧振電容Cs，諧振電感Ls和激磁電感Lm。5402012年中國電機工程學會直流輸電與電力電子專委會學術年會論文集Q1D1D2CsVinLsLmRoQ2CoD4D3圖1半橋LLC諧振變換器的主電路結構從圖中我們可以看出，電路由以下元件構成：兩個功率MOSFETQ、Q，Q和Q的1212占空比都是0.5，
5、采用固定死區(qū)的互補調頻控制方式來進行控制。圖中分別給出了Q和Q的12體二極管和寄生電容；諧振電容C；理想變壓器；并聯(lián)諧振電感L；串聯(lián)諧振電感L；全SmS橋整流二極管D1、D2、D3、D4；輸出電容C0和負載R0。方波饋入諧振網絡后，電流波形和電壓波形將產生相位差。開關損耗為流過開關管的電流與其源漏極兩端的電壓乘積。由于Q、Q在電流流過體二極管時開啟，開啟電壓很低，12所以損耗很小。LLC諧振變換器電路有兩個諧振頻率，一個是諧振電感L和諧振電容C的SS[3]諧振頻率，一個是L加上L與C的諧振頻率。即：mSS1f?(1)r12?LC?ss1f?(2)r22?
6、(L??L)Csms3高頻變壓器的設計要求(1)變壓器的設計要求本次的LLC諧振變換器的高頻變壓器設計要求變壓器原邊側的逆變電路為半橋轉換電路，變壓器副邊側的整流電路為全橋整流電路。本次的高頻變壓器設計的具體參數(shù)要求如下：①原邊直流輸入電壓：Vin(max)=590V，Vin(min)=436V;②副邊直流輸出電壓/電流：400V/12.5A;③諧振頻率：35kHz。(2)高頻變壓器磁芯材料的選定在對高頻變壓器的磁芯材料進行選擇時，一定要考慮到以下幾個方面：1)所選的磁芯材料能否滿足所設計的高頻變壓器的各項已定性能指標和設計要求。已定性能指標和設計要求主
7、要包括變壓器的輸入輸出功率、變壓器的工作頻率、變壓器磁芯的工作磁通密度、溫度等方面的指標和要求；2)所選擇磁芯材料能否最大限度的減小所設計的高頻變壓器的質量和體積；3)所選擇磁芯材料在價格方面能否滿足給定的設計預算要求。當所設計的開關電源中的高頻變壓器的工作頻率在10kHz-100kHz范圍內時，較為常用的用于制作高頻變壓器磁芯的軟磁材料主要有鐵氧體材料和非晶、納米晶材料兩大類；鐵氧體材料由于具有飽和磁通密度低，磁導率低，居里溫度低，溫度依賴特性較強的缺點，所以并不適用于功率較大和工作磁通較高的情況下使用。雖然鐵氧體材料在使用中有這樣的局限性，但它也又具
8、有中高頻損耗低，成本低，價格便宜等優(yōu)勢，并且鐵氧體材料可以被加工成各種形狀的磁芯
