摘 要

随着对LLC变换器的逐渐研究，传统的两电平LLC变换器不能满足高压输入的场合，而对于三电平半桥LLC谐振变换器，关断状态时每个开关管承受电压为输入电压的一半，能用于高压输入场合，并有利于开关管的选择，且不需要添加辅助电路就能实现宽范围的软开关，传输效率高。本文以三电平半桥LLC变换器为主要研究对象，具体分析了调频模式下其每个模态的工作原理，同时以基波分析法分析了谐振网络的直流增益特性，研究了电感比和品质因数对增益曲线的影响，对变换器传输效率以及软开关实现情况进行了具体研究，并给出了基于增益变化范围选择合适电感比和品质因数来设计谐振腔参数的方法。最后根据研究的结果，给出了LLC变换器参数的设计方法，根据给定的设计要求完成了参数的设计，并在MATLAB中完成了仿真实验。

关键词： 半桥三电平LLC变换器 传输效率 软开关

Abstract

With the gradual research of LLC converter, the traditional two-level LLC converter can not meet the high-voltage input situation, while for the three-level half bridge LLC resonant converter, the withstand voltage of each switch tube in the off state is half of the input voltage, which can be used in the high-voltage input situation, and is conducive to the selection of the switch tube, and can achieve a wide range of soft switches without adding auxiliary circuits, High transmission efficiency. In this paper, the three-level half bridge LLC converter is taken as the research object. The working principle of each mode is analyzed in detail under the frequency modulation mode. At the same time, the DC gain characteristic of the resonance network is analyzed by the fundamental wave analysis method. The influence of the inductance ratio and the quality factor on the gain curve is studied. The transmission efficiency of the converter and the realization condition of the soft switch are studied in detail, and a method to select the appropriate inductance ratio and quality factor based on the gain variation range to design the resonator parameters is given. Finally, according to the research results, the design method of LLC converter parameters is given. According to the given design requirements, the design of parameters is completed, and the simulation experiment is completed in MATLAB.

Key words: the three-level half bridge LLC converter transmission efficiency soft switch

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2国内外研究现状 2

1.2.1三电平结构研究现状 2

1.2.2三电平LLC研究现状 2

1.3本文主要研究内容 4

第2章 LLC谐振变换器的控制方式 5

2.1 LLC谐振变换器主电路拓扑 5

2.2 LLC谐振变换器工作原理 6

第3章 LLC谐振变换器稳态特性研究 12

3.1 基波近似分析法 12

3.2 LLC直流增益特性 14

3.3 Q值对谐振腔增益的影响 15

3.4 m值对谐振腔增益的影响 16

3.5 LLC变换器的传输效率 17

3.6 LLC变换器软开关分析 19

第4章 三电平LLC变换器设计 22

4.1 主电路拓扑选择与参数设计 22

4.2 控制电路设计 24

4.3 LLC谐振变换器仿真实验 26

4.3.1 输入电压稳定时输出情况 27

4.3.2 输入电压波动时输出情况 30

第5章 结论 31

5.1 全文总结 31

5.2 展望 32

参考文献 33

致谢 35

绪论

1.1研究背景

当今人们的生产生活越来越依靠电源，无论是在航天航空、科学研究、临床医疗、交通运输、工农业生产，或者在每个人家庭生活中的各个方面，包括文化娱乐、学习办公，都须要使用电源，而电源又离不开电能，现代社会的各方面都需要使用电能。然而近些年来全球都面临着能源短缺的问题，怎样提升电能的转换效率已经成为了当今相关科研人员关心的首要问题。

近些年，开关电源首要研究方向 是提高电源效率以及同时 减小电源体积。随着DC-DC变换器的逐渐普及，因而人们开始关心功率密度，而开关频率越大功率密度就越高，同时变压器的体积也越小，这就减小了变换器的体积，但同时带来的缺点是高开关频率会产生较大开关损耗，这就导致了体积和效率的矛盾，而且DC-DC变换器通常不容易实现软开关。

随着舰船直流综合电力系统的广泛应用，舰船直流电压越来越高，对DC-DC变换器的要求也越高。所以最近几年，LLC谐振变换器得到了愈来愈多科研人员的关注和研究。在全负载范围内它都可以实现原边逆变桥臂开关管的零电压开通(ZVS)以及副边整流桥二极管的零电流关断(ZCS)。 LLC谐振变换器以其高效 率、高功率密度、低电 磁干扰的特点，在工业生产中有较大实践平台。

随着各类电器设备能效等级标准的提高，LLC谐振变换器凭借其区别于传统DC-DC变换器的独特优势，在各种领域得到了广泛的应用，比如：燃料电池直流变换器、新能源发电、电动汽车充电机、智能电网、特种电源、通信等电源相关系统^[1-2]。