LLC串联谐振全桥DC/DC变换器的研究总结

传统的移相全桥 PWM ZVS DC/DC 变换器存在一些缺点，LLC 串联谐振全桥 DC/DC变换器能够很好地克服这些缺点。该变换器具有 PWM 类变换器都不具备的效率特性，特别适合输入电压较高的场合(如DC/DC变换器输入前端为三相PFC电路的情况)和有掉电维持时间限制的高性能开关电源。但 LLC 串联谐振全桥 DC/DC 变换器实际上是一种多谐振变换器 MRC，存在两个不同的谐振过程，工作情况较为复杂。同时变换器电压增益与开关频率，负载之间的关系不能直观得到，各个谐振参数相互关联，这些都给该变换器的分析设计带来了较大困难。另外，由于谐振电压，电流含比较大的谐波成分，因此变换器的小信号建模方法既不同于传统 PWM 变换器的状态空间平均法，也不同于普通串联谐振变换器 SRC 或并联谐振变换器 PRC 只考虑基波成分的建模方法，有必要对该变换器的小信号建模做详细研究，为控制系统的设计提供理论依据。以下是全文研究工作的总结：

一、从分析比较传统移相全桥 PWM ZVS DC/DC 变换器和 LLC 串联谐振全桥 DC/DC变换器特点的角度，详细研究了 LLC 串联谐振全桥 DC/DC 变换器的工作原理，利用基频分量近似法建立了变换器的数学模型，确定了主开关管实现 ZVS 的条件，推导了边界负载条件和边界频率，确定了变换器的稳态工作区域，推导了输入，输出电压和开关频率以及负载的关系。仿真结果证明了理论分析的正确性。

二、利用扩展描述函数的方法对 LLC 串联谐振全桥 DC/DC 变换器进行了小信号建模，在小信号模型的基础上对变换器的稳定性进行了理论分析，根据变换器动态性能的要求设计了控制器，仿真结果验证了理论分析的正确性。

三、讨论了一台 500w 实验样机的主电路和控制电路设计问题，给出了设计步骤，可以给实际装置的设计提供参考。设计过程中采用了集成磁设计方法。

实验结果表明，LLC 串联谐振全桥 DC/DC 变换器与传统移相全桥 PWM ZVS DC/DC变换器相比，主要优点有三点：主开关管可以在宽负载范围内实现 ZVS；副边整流二极管实现 ZCS，没有反向恢复问题；工作在区域 2 的 LLC 串联谐振全桥 DC/DC 变换器，当输入电压较高时，效率较高。因此该变换器具有较大应用价值。本电路的缺点主要是，谐振过程较复杂，变换器的工作状态与负载紧密相关，增加了设计和控制的难度。