[发明专利]一种LLC谐振变换器的优化设计方法

说明书

本发明公开了一种LLC谐振变换器的优化设计方法，包括：根据LLC谐振变换器的设计指标确定变压器变比；根据变压器变比确定变压器原边匝数、副边匝数、绕组结构和磁芯形状，初步设计一个变压器；测量所述变压器的寄生电容；推导导通损耗与死区时间的关系式，得出导通损耗最小时的最优死区时间；根据最优死区时间确定最优励磁电感；选取可以满足增益条件的电感比和品质因数；由最优励磁电感、电感比和谐振频率得到谐振电感值和谐振电容值；改变变压器的气隙使其励磁电感等于最优励磁电感。该方法解决了传统LLC谐振变换器设计方法过于依赖经验且不够精确的问题，使得设计结果更加精确，可以推广到各个应用场合。

技术领域

本发明涉及电子技术领域，具体涉及一种LLC谐振变换器的优化设计方法。

背景技术

LLC谐振变换器自其诞生以来，因其突出的优势受到越来越多的关注。LLC谐振变换器在整个工作范围内都可以实现原边开关管的软开通，即使开关频率很高，仍可实现较高的效率。开关频率的提高有利于减小变压器和滤波器的体积，并且谐振电感和励磁电感可以集成到变压器中，因此可以实现很高的功率密度。

正因为LLC谐振变换器具有上述优势，如何通过精确的设计发挥LLC谐振变换器的优势成为相关领域研究人员所关注的热点问题。LLC谐振变换器有两个自由度：品质因数和电感比(励磁电感与谐振电感的比值)，因此，设计的核心是选取合适的品质因数和电感比。目前的设计方法通常根据峰值增益要求和附加限制条件来完成设计。LLC谐振变换器的应用场合不同，附加限制条件便不同，通常限制开关频率、输出电压纹波、启动电流、谐振电容电压等参数。但是此种设计方法不具有普适性，很难应用到其他场合中。在工程设计中，设计者为避免复杂的计算，一般依靠实践经验，用查表法找到可以满足设计要求的设计方案。但是此种依靠经验的设计方法只能做到粗糙的近似化设计，无法根据设计者的不同要求进行精确设计。采用PCB绕组的平面变压器具有体积小、损耗小等优点，在LLC谐振变换器中的应用越来越广泛，但是其寄生电容较大，会对LLC谐振变换器的设计产生不可忽略的影响。然而，目前的设计方法中并没有将其考虑在内，设计的准确性有待提高。

因此，为更好地发挥LLC谐振变换器的优势，迫切需要一种精确且普遍适用的LLC谐振变换器设计方法。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种以提高效率为目标的LLC谐振变换器优化设计方法，将变压器的寄生电容考虑在内，解决了传统LLC谐振变换器设计方法过于依赖经验且不够精确的问题，可以推广到各个应用场合。

本发明是通过下述技术方案来实现的。

一种LLC谐振变换器的优化设计方法，包括以下步骤：

A、根据LLC谐振变换器的设计指标确定变压器变比N；

B、根据变压器变比N确定变压器原边匝数、副边匝数、绕组结构和磁芯形状，初步设计一个变压器；

C、测量所述变压器的寄生电容C_w；

D、推导导通损耗P_on与死区时间T_d的关系式，得出导通损耗P_on最小时的最优死区时间T_do；

E、根据最优死区时间T_do确定最优励磁电感L_mo；

F、选取可以满足增益条件的电感比λ和品质因数Q，若始终找不到满足增益条件的电感比λ和品质因数Q，则返回步骤E，直到找到满足增益条件的电感比λ和品质因数Q为止；

G、由最优励磁电感L_mo、电感比λ和谐振频率f_r得到谐振电感L_r和谐振电容C_r；