双谐振腔LLC谐振变换器分析

刘晓峰

摘 要：为了解决一些现有问题，提出一种双谐振腔LLC谐振变换器，通过将两路变压器的次级用均衡电路连接在一起，实现了较好的均流及功率均衡的特性。分析了变换器的工作原理，建立了变换器的稳态模型，分析了均衡电路的工作原理，并且通过仿真和实验进行了验证。

关键词：变换器;双谐振腔;均衡电路

1 引言

本文提出一种两路并联的双谐振腔LLC谐振变换器，通过在两路变压器的次级连接一个均衡电路，均衡两路的输出电压增益，实现两路变换器的均流输出，达到输出功率均衡的目的。首先介绍了变换器的工作原理，并且分析了其稳态模型，接着分析了均衡电路的工作原理，最后通过仿真和实验验证了此均流方案的有效性。

2 工作原理分析

2.1 变换器的电路拓扑结构

在理想情况下，tankl与tank2的参数完全一致。但谐振元器件在实际加工过程中存在工艺误差，导致其参数不能完全一致。因此，两个谐振腔对应的谐振频率不相等，计算公式为：

fr= （1）

Ai=l/[2irV（Lrl+Ami）Crl]（2）

/2=l/（2irV^CT）（3）

R=1/[2W（歸+3G ]（4）

式中：fr分别为tankl的高频谐振点和低频谐振点，fm分别为tank2的高频谐振点和低频谐振点。

在实际应用中，为了保证良好的软开关特性，通常将变换器的工作频率设计在高频点和低频点之间。对于所提变换器而言，其工作频率范围取为两个谐振腔工作频率的交集，周期与负半周期的工作状态类似，故这里只分析半个周期的工作状态。

阶段1 V2，V3驱动信号为高电平，电高频软开关电路。电流流过V2，V3，t0时刻与与蔚Ic相等，流经整流管VD6的电流自然过零关断，谐振腔tankl次级整流管实现ZCSO此时段内，整流管VD8保持导通 状态，歸被G箝位，膈线性递增。又由于晶不再被G箝位，TX1的电压逐渐减小&从心点流向b点，G充电。

阶段2V?V3驱动信号保持为高电平，电流流过V2，V3，该区间内总谐振电流与总励磁电流相等，即y+y等于姑+访。在?，时刻流经vd8的电流自然过零关断，tank2的次级整流管实现ZCSO在阶段2内，整流管VD广VDg处于反向截止状态，系统不向负载输出能量。此时段内&从a点流向b点，但其值逐渐减小，因此，弓仍然保持充电状态并且趋于峰值。

阶段3（t2～t3）可分为两个阶段，即阶段31和阶段32。在?2时刻，V2，V3关断，总谐振电流祐+姦对V2，V3的寄生电容充电，同时对V.V4的寄生电容放电，阶段31持续到V|～V4的寄生电容充放电结束，此阶段过程非常短暂。阶段32为第2个阶段，即二极管续流阶段。当V|～V4的寄生电容充放电完全时，谐振电流开始流过V|，V4的体二极管，此阶段内，V.V4的漏源电压接近为零，为下 一阶段的V"的零电压开通创造了条件。

阶段4（t3～t4）时刻Vi和V导通，V2和V3关断，TX1和TX2的电压反向。此时，VD）导通，vd6～vd8的体二极管处于反向截止状态。此时段内，tank2无能量输出，Lm被次级输出电容箝位，TX1上的电压幅值近似等于输出电压。而此阶段内，TX2的电压小于TX1的电压，由于均衡电路G的电流从a点流向6点的电压逐渐升高。并且随着TX2电压增加讣也在逐渐减小，在金时刻接近为零，此时意味着两个变压器电压近似相等。

阶段5（t4～t5）时刻VD导通，歸开始被次级输出电容箝位，此刻tank2开始向负载传输能量。此时段内V“V4保持导通状态，VD5，VD6导通川在%时刻逐渐反向增大，其作用是平衡两个谐振腔的输出电流。此阶段内两个谐振腔的谐振 电流均呈现为正弦变化。

3 实验验证

情况进行了实验，实验平台元器件主要参数：选用IPW65R080CFD型MOSFET，Lrl=?l2=（12±5%） |iH，Gi=C2=（220±5%）nF，匾=?皿=（80±5%） |xH，Cj=110仃，戰站25。，变压器变比e=1.056：1。

经过分析，无论Rm=25Ω还是R心=35Ω，变换器的输出功率都能平均分配至两个谐振腔。当正皿=25Ω时，输出功率为1600W，根据实验测得弟平均值为3.9744A，为平均值为4.0854A，此时人=0.4893。当R心=35Ω时，输出功率为1143W，根据实验测得祐平均值为2.8075A，为平均值为3.009A，此时A =0.4733。

当均衡电路存在时，变换器的效率曲线，可见，在不同负载状态下，变换器的效率T均大于95%，当输出功率为1600W时，变换器的工作效率为96.41%，这说明该变换器既能够实现良好的均衡特性，又能够保证优异的运行效率。

4 结论

对所提双谐振腔LLC拓扑进行了系统的分析，建立了该变换器的稳态模型，分析了其均流效果。通过实验验证得岀：该变换器具有良好的均流效果，其结构简单，控制方便，并且具备传统LLC 变换器的软开关特性。

参考文献：

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（黑龙江工业学院 电气与信息工程学院，黑龙江 鸡西 158100）