[发明专利]一种全桥LLC谐振变换器的参数设计方法

说明书

本发明提出一种全桥LLC谐振变换器的参数设计方法，该方法根据预设的目标参数确定变压器原副边匝比、励磁电感、谐振电感和谐振电容的值，本发明在确定所述4个参数时充分考虑死区时间、开关管关断电流和实际所选用开关管等效结电容的大小，满足变换器增益同时，确保变换器实际运行中实现原边开关管的ZVS，同时降低原副边RMS电流和开关管关断电流，降低开关器件的损耗，另外，本发明可将变换器的工作频率严格限定在预期设定的范围内，便于输入侧滤波器的设计以及变压器的设计。

技术领域

本发明涉及LLC谐振变换器的参数设计方法，尤其是一种全桥LLC谐振变换器的参数设计方法。

背景技术

LLC谐振变换器能够实现原边开关管零电压开通(Zero Voltage Switch，ZVS)和副边整流二极管零电流关断(Zero Current Switch，ZCS)的软开关技术，可以在高开关频率下实现较高的系统效率，在笔记本电脑适配器、LED驱动器、电池充电器以及光伏发电等领域得到了广泛的应用。LLC谐振变换器实现高效运作的关键在于合理的电路参数。如何通过合理有效的参数设计保证系统的正常运作，发挥LLC的优势已经成为该领域研究人员所研究的重要课题。

目前，现有参数设计方法中，专利201510355688.X提出了一种基于功率因数角评价的LLC谐振变换器优化设计方法，该方法减小了谐振回路无功环流，但是没有考虑到副边整流二极管的损耗问题。专利201410785483.0提出了一种输出本安型LLC谐振变换器的设计方法，在提高电源的电磁兼容性能的同时，保证了变换器的本质安全性能，但是设计过程中无法确定变换器的实际工作频率范围，给输入侧滤波器的设计以及变压器的设计带来了不便。除此之外，邓翔、李大伟、杨善水提出的LLC变换器中谐振元件的设计(电力电子技术，2013，47(2)：7-9+14)通过分析变压器原边励磁电感与谐振电感的比值K以及品质因数Q对变换器性能的影响，给出了简洁快速的谐振元件的设计流程，但是设计过程中虽然满足了谐振腔呈感性，并没有兼顾死区时间和所用开关管等效结电容的大小，而实际中原边开关管ZVS可能会丢失并且K值是按照经验法取值，这给设计人员在实际设计过程中带来了一定的不便。

发明内容

发明目的：为解决上述技术问题，本发明提出一种全桥LLC谐振变换器参数设计方法，用于确定变压器原副边匝比N、变压器原边励磁电感L_m、谐振电感L_r以及谐振电容C_r四个关键参数。

技术方案：本发明提出的技术方案为：

一种全桥LLC谐振变换器的参数设计方法，所述变换器包括依次连接的输入电压V_in、由四个MOS管构成的全桥逆变开关电路、LLC谐振网络和由4个二极管构成的输出全桥整流电路；其中，LLC谐振网络包括励磁电感L_m、谐振电感L_r和谐振电容C_r；该方法根据预设的目标参数确定变压器原副边匝比N和L_m、L_r、C_r的值；目标参数包括：输入电压V_in的范围：V_innin～V_inmax，输出电压V_o、额定功率P、死区时间t_dead和只有L_r、C_r参与谐振时的谐振频率f_r；

该方法包括步骤：

(1)将预期的变换器工作频率范围表示为：αf_r＜f_s≤f_r，其中，α为系数，f_s为变换器工作频率；根据实际所需的变换器工作频率范围，确定α的值；

(2)计算变压器原副边匝比N为：