[发明专利]一种LLC谐振变换器的优化设计方法

摘要

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。

主权项

1.一种LLC谐振变换器的优化设计方法，其特征在于，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；H、改变变压器的气隙，使其励磁电感L_m等于最优励磁电感L_mo，即完成LLC谐振变换器的优化设计；所述步骤D中，推导导通损耗P_on与死区时间T_d的关系式具体过程如下：d1)软开通过程中，励磁电流需要对原边开关管的输出电容、副边开关管的输出电容和变压器的寄生电容充放电，得到下式：其中，C_po为原边开关管的输出电容、C_so为副边开关管的输出电容，V_in为输入电压，n为副边开关管并联个数，V_o为输出电压；d2)励磁电流峰值I_mp可以表示为：其中，T_s为开关周期；d3)根据以上式(3)和(4)，励磁电感L_m与死区时间T_d的关系为：d4)原边电流瞬时值i_p的函数为：其中，I_{rms_p}为原边电流正弦部分的有效值，w₀为角频率、t为时间，为初相角；励磁电流瞬时值i_m的函数为：根据以下关系式其中，R_L为负载电阻；则得出原边电流有效值I_p与死区时间T_d可以的关系为：副边电流有效值I_s与死区时间T_d可以的关系为：d5)由式(9)、(10)得到导通损耗P_on为：其中，I_p为原边电流有效值，R_{ds(on)_p}为原边开关管的导通电阻，I_s为副边电流有效值，R_{ds(on)_s}为副边开关管的导通电阻，n为副边开关管并联个数。