电动汽车用DC-DC变换数字LLC谐振控制技术研究(4)
2003 年之后，LLC 谐振变换器成为国内研究的热点。LLC 谐振变换器比传统的谐振变换器拓扑结构更为复杂，理论研究的难度增大。研究的热点主要集中在以下几个方面:
1） LLC 谐振变换器拓扑结构的研究，怎样合理选择参数，获得更优的工作
性能；
2）建立能够更容易理解和掌握，并能直接应用于补偿器设计的小信号模型；
3）实现更高的频率，进而提高功率密度，缩小变换器的体积。
如图 1-2 为半桥型LLC谐振变换器的电路图。可以看出，若没有谐振电感Lm，这个变换器和串联谐振变换器相同，加上Lm后，电路特性及工作方式就完全不同了[8]。
图1-2 LLC谐振变换器
相对于前面三种变换器，LLC谐振变换器主要有以下优点：
1）在零到全负载范围内具有ZVS功能，且MOSFET关断电流低，关断损耗低；
2）高输入电压下具有高效率，可以在正常工作条件下对变换器进行最优化
设计；
3）变换器次级没有滤波电感，输出整流二极管的电压应力低，能减少到两
倍的输出电压；
4）变换器的磁性器件能很容易的集成到一颗磁芯上。并且变压器的励磁电
感和漏感也能被利用；
5) LLC 谐振变换器能在输入电压和负载变化范围都很大的情况下，有良好
的电压调节特性。
6）LLC 谐振变换器中的MOS管可实现ZVS，二极管可实现 ZCS。
正是因为LLC谐振变换器这些特点，在分布电源系统中得到广泛应用。LLC
谐振变换器是一种符合电源发展方向的拓扑结构，具有很强的研究价值。
1.4本文的研究思路及内容
通过合理设计，LLC谐振变换器可以在宽输入电压及宽负载变化范围内获得高效率。LLC谐振变换器与脉宽调制（PWM）变换器的区别在于，前者通过固定占空比、控制开关频率来调节输出电压，可在窄的频率变化范围内得到稳定的输出。同时，它可在全负载变化范围内实现 MOS管和整流管的零电压开通及零电流关断，实现高效率。而且LLC谐振变换器的谐振电感可以集成于主变压器里，也不需要输出滤波电感，可以在降低输出整流二极管所承受的电压应力的同时提高变换器的功率密度。
将谐振变换器与传统PWM变换器进行对比，对其基本分类和工作过程进行归纳，总结出LLC谐振变换器的主要优点。分析LLC谐振变换器在各个开关频率范围的工作原理以及具体的工作波形。利用基频分量近似法建立变换器的大信号模型，通过对模型的分析，得出能保证MOSFET实现ZVS的LLC参数设计方法。采用扩展描述函数法建立LLC谐振变换器的小信号模型，在小信号模型的基础上分析了变换器在开关频率变化时的小信号特性。比较电压模式控制法以及电流模式控制法在LLC拓扑中的应用以及各自的特点，着重提出电流模式单周期控制的变频电路;本文具体的研究内容如下：
(1) 回顾了LLC谐振变换器的发展历程后，对LLC谐振变换器和
传统的谐振变换器进行了对比，得出LLC谐振变换器的优点；
(2) 对LLC谐振变换器的工作过程进行了详细的分析，并且给出了各个时间
段的具体工作波形。
(3) 得出了开关管MOSFET实现ZVS软开关的充分必要条件,提出能量比率因子和纯阻抗归一化增益曲线；
(4) 论述了 LLC谐振变换器中使用的控制策略，着重比较了电压模式拓扑，电流模式拓扑的控制策略在 LLC 谐振变换器控制中的应用；
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