PDF《考虑寄生电容的半桥 LLC 谐振变换器参数 优化设计》

2019 第17 卷第2期2019 年3月总第

82 期电源学报图3k不变、Q 变化时电压增益曲线 Fig.3 Voltage gain curves of constant k and varying Q (a)x=0 (b)x=0.02 (c)x=0.04 图2变换器等效电路拓扑 Fig.2 Topology of equivalent circuit of converter 换器的参数进行优化设计. 利用 Matlab 对比不考 虑寄生参数和考虑寄生参数的电压增益曲线,分析 寄生电容对选取电感比和品质因数所产生的影响. 以实现开关管 ZVS 为目标,考虑寄生电容的影响, 优化设计电感比和品质因数,计算得到优化后的谐 振参数.

1 寄生参数对变换器参数设计的 影响 半桥式 LLC 谐振变换器电路拓扑如图

1 所示. 图中:Lm 为励磁电感;

Lr 为谐振电感;

Cr 为谐振电容. 在实际应用中, 变压器绕组之间存在间隙,绕 组内部以及绕组和 PCB 板间会生成寄生电容,这 将对变换器工作的稳定性产生影响. 考虑寄生电容 影响的变换器等效电路拓扑如图

2 所示. 图中,Cstray 为变压器寄生电容. 将变换器负载折算到变压器一次侧,得到等效 电阻[7鄄8] 为Req = 8n2 Ro /π2 (1) 电压增益为 M(s) = sLm//Req//1/sCstray 1/sCr+sLr+sLm//Req//1/sCstray (2) 令:电感比 k=Lm/Lr;

归一化频率 fn=fs/fr;

谐振频率 fr= 1/(2π LrCr 姨);

品质因数 Q= Lr /(CrR2 eq) 姨 ;

寄生电容 Cstray=xCr,将上述参数代入式(2) 不考虑寄生电容时,电压增益为 M1 = kf

2 n [f

2 n(k+1)-1]2 +[kQ(fn-f

3 n)]2 姨(3) 考虑寄生电容时,电压增益为 M2 = kf

2 n [(kx+k+1) f

2 n-xkf

4 n-1]2 +[kQ(fn-f

3 n)]2 姨(4) 式中,k、Q、fn 和x为变量. k、Q 关系到谐振参数的 选取,是电压增益的关键参数. 1.1 寄生参数对电压增益参数 Q 的影响 采用控制变量法, 分析 k 不变、Q 变化时寄生 电容对变换器电压增益的影响. 不同寄生电容的电 压增益曲线如图

3 所示. 由图

3 可知:当k一定时,减小 Q,最大增益变 大;

但电压增益峰值左移,变换器工作频率范围变 宽,不利于磁性元件工作,降低整机效率. 对比

3 组增益曲线可知: 在空载或轻载条件 下,寄生电容使增益曲线趋势突变,且Q越小突变 越明显;

相同 Q 下,寄生参数越大,突变区域越靠近 变换器的正常工作区域. 为了削弱寄生参数的影 响,要选取 Q 能够取到的最大值. 1.2 寄生参数对电压增益参数 k 的影响 分析 Q=0.

3、k 变化时,寄生电容对变换器电压 图1半桥式 LLC 谐振变换器电路拓扑 Fig.1 Topology of circuit in half鄄bridge LLC resonant converter Uin Q1 Q2 Dds1 Dds2 Cds1 Cds2 Cr Lr Lm D1 D2 Co Ro Uo n:1:1 Uin Cr Lr Lm Req nUo Cstray

9 8

7 6

5 4

3 2

1 增益

12 11

10 9

8 7

6 5

4 3

2 1

0 归一化频率 Q=0.1 Q=0.2 Q=0.4 Q=0.6

9 8

7 6

5 4

3 2

1 增益

12 11

10 9

8 7

6 5

4 3

2 1

0 归一化频率

9 8

7 6

5 4

3 2

1 增益

12 11

10 9

8 7

6 5

4 3

2 1

0 归一化频率 Q=0.1 Q=0.2 Q=0.4 Q=0.6 Q=0.1 Q=0.2 Q=0.4 Q=0.6

58 第2期杨玉岗,等:考虑寄生电容的半桥 LLC 谐振变换器参数优化设计 图4Q=0.

3、k 变化时电压增益曲线 Fig.4 Voltage gain curves of constant Q=0.3 an........