开关电源LLC谐振转换器的优点及研究分析

伴随着功率半导体元器件的发展，高频化已成为一种发展趋势，高频变换能够显著减小功率变换器的体积、重量，从而有效地提高变换器的功率密度，但传统的PWM变换器已经很难适应高频化的发展趋势。相比于PWM变换器，谐振变换器具有开关工作频率高、开关损耗小、效率高、允许输入电压范围宽、体积小、重量轻、开关应力小、EMI噪声小等优点。并且LLC谐振变换器能在全负载范围内实现开关管的ZVS，副边整流二极管实现ZCS，有效降低了开关损耗，大大提高了电源效率。此外，LLC谐振变换器还可实现谐振电感和变压器的磁集成。基于上述优点，LLC谐振变换器在现代开关电源中得到了广泛的使用。 本文首先对谐振变换器的基本分类和自的优缺点进行了总结和归纳，并与传统的PWM变换器行了对比，总结出了LLC谐振变换器的主要优点；详细分析了LLC谐振变换器的工作原理，对其在各个频率范围内的工作波形分别作了深入探讨；基于FHA(基波分析法)的方法对LLC谐振变换器的稳态直流增益特性进行了详细研究，并由此总结推导出了一种简单的谐振参数设计方法，结合设计实例，给出了各参数计算结果；基于扩展描述函数法建立了LLC谐振变换器的小信号模型，在此基础之上分析了开关频率变化时变换器的小信号特性，并根据动态特性的要求对变换器的补偿器设计问题进行了分析，设计了补偿器的基本结构；采用磁集成技术，利用变压器的漏感和励磁电感，将谐振电感集成到变压器中，减少了磁件的数量和体积；通过SABER仿真结果验证了理论分析的正确性。