[发明专利]一种LLC谐振变换器反向工作电路及设计方法

摘要

本发明公开了一种LLC谐振变换器反向工作电路及设计方法，包括两组全桥电路、谐振电容C_r、谐振电感L_r、励磁电感L_m和变压器T；两组全桥电路分别并联在变压器T的初级端和次级端，变压器T初级端的全桥电路接电源V_in；谐振电容C_r、谐振电感L_r和励磁电感L_m并联在变压器T的次级端，变压器T次级端的全桥电路接负载Re。通过确定变压器变比N、电路品质因数Q，确定电感比L_n的值，进而确定电路调频区间；得到变换器的最大增益和最小增益；判断电压增益是否满足设计要求；最终确定谐振电容C_r、谐振电感L_r和励磁电感L_m。该电路能实现软开关，有效提升变换器功率密度，适用范围广。

主权项

1.一种LLC谐振变换器反向工作电路的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，根据LLC谐振变换器反向工作电路的设计指标确定变压器变比N；步骤2，根据电路电压增益曲线并结合电路对电压增益大小的需求初步确定电路品质因数Q；步骤3，由电感比L_n关于品质因数Q的取值范围，确定电感比L_n的值；步骤4，根据电路初级端开关管关断电流大小确定电路调频区间；步骤5，由步骤4得到的调频区间，得到变换器的最大增益和最小增益；若电压增益不能满足设计需求，则返回步骤2调整品质因数Q或返回步骤4调整调频区间，直到电压增益满足需求；步骤6，由步骤2、步骤3分别得到变换器品质因数Q和电感比L_n，确定谐振电容C_r、谐振电感L_r和励磁电感L_m；所述电路电压增益曲线求解过程如下：21)变换器反向工作电路过程分为三个阶段：电路工作t0‑t1阶段：t0时刻，开关管Q1、Q4导通；谐振电流对谐振电容C_r充电，开关管Q5、Q8导通；变压器初级端电流i₁由逆时针方向转变为顺时针方向；根据基尔霍夫定律得到下式：V₂＝V_o+V_Lr+V_Cr  (2)其中，V₂为变压器初级端两端电压；V_o为变换器输出电压；V_Lr为谐振电感两端电压；V_Cr为谐振电容两端电压；电路工作t1～t2阶段：t1时刻，谐振电流i_r反向，开关管Q6、Q7导通，谐振电容C_r放电；若此时励磁电流i_m始终大于谐振电流i_r，变压器初级端电流i₁继续保持顺时针方向，开关管Q1、Q4导通；根据基尔霍夫定律得到下式：V_Cr＝V_o+V₁‑V_Lr  (3)电路工作t2～t3阶段：t2时刻，开关管Q1、Q4关断，变压器初级端全桥电路进入死区，变压器初级端电流i₁通过开关管Q2、Q3的寄生二极管续流；22)由谐振电容C_r和谐振电感L_r谐振周期和相位一致，令谐振电流i_r为：其中，I_rm01为谐振电流i_r在阶段一下正弦波峰值；I_rm12为谐振电流i_r在阶段二下正弦波峰值；ω_r为谐振频率f_r对应的角速度；23)根据式(4)可得谐振电容C_r两端电压V_cr：其中，v_Cr(t0)为t0时刻谐振电容C_r两端电压；24)根据伏秒平衡原理并结合上式(2)、(3)、(4)和(5)，可得方程组：25)根据谐振电感电流和谐振电容两端电压不能突变，并结合上式(4)、(5)和(6)，得到：26)考虑到输出电阻R_e，并结合上式(6)，得到：其中，T为变换器一个开关周期时间；27)将步骤26)中方程进行归一化处理，令：其中，V_o1,n,V_o2,n为输出电压归一化参数；为t0时刻对应的相位；Q为变换器品质因数；f_n为变换器归一化开关频率；将上式(9)代入方程(7)(8)，得到方程组：式(10)中，输出电压归一化参数V_o1,n,V_o2,n和t0时刻相位为未知量；28)由上式(6)(7)可得LLC谐振变换器反向工作电路电压增益M_g为：借用MATLAB对式(10)进行求解并代入式(11)，得到不同品质因数Q下，电压增益M_g随归一化开关频率f_n的变化曲线。