基于MC33067的LLC諧振全橋變換器的應(yīng)用設(shè)計(jì)

摘要：LLC變換器以其卓越的性能迅速成為DC／DC變換器的首選拓?fù)?，而目前該拓?fù)浯蠖?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/應(yīng)用">應(yīng)用在小功率半橋變換器，而在大功率全橋變換器中的應(yīng)用還較少。在此提出了一種基于高性能諧振控制器MC33067的LLC諧振全橋變換器設(shè)計(jì)方案，該拓?fù)洳捎昧斯潭ㄋ绤^(qū)的互補(bǔ)調(diào)頻控制方式，巧妙利用了變壓器的勵(lì)磁電感和外置諧振電感與諧振電容發(fā)生諧振，實(shí)現(xiàn)了初級(jí)零電壓(ZVS)開通以及次級(jí)零電流(ZCS)關(guān)斷，并給出了輸出直流電壓48 V，滿載功率2 kW的試驗(yàn)結(jié)果。試驗(yàn)結(jié)果表明，LLC諧振全橋變換器具有高頻、高效率等優(yōu)點(diǎn)，符合電源高功率密度、高效的發(fā)展要求。
關(guān)鍵詞：變換器；軟開關(guān)；諧振

1 引言
隨著電力電子技術(shù)的高速發(fā)展，對(duì)開關(guān)電源提出了更加高頻化、高效率、高功率密度以及低噪聲等要求。目前比較成熟的軟開關(guān)技術(shù)，如移相全橋也很難做到真正理想狀態(tài)的軟開關(guān)(包含主開關(guān)管和次級(jí)整流二極管)，并且隨著開關(guān)頻率的升高，其損耗也不斷增加，因此尋求一種更加高效、高開關(guān)頻率以及高功率密度的拓?fù)涑蔀楫?dāng)前研究的重點(diǎn)。LLC諧振全橋變換器作為全橋拓?fù)渲行阅茌^為突出的一種，具備以下優(yōu)點(diǎn)：初級(jí)MOSFETZVS開通，次級(jí)整流二極管ZCS關(guān)斷；電路結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)換效率高；初、次級(jí)的電壓應(yīng)力較低；容易實(shí)現(xiàn)高頻化，故容易實(shí)現(xiàn)高功率密度，并且當(dāng)其工作在所設(shè)定的諧振頻率時(shí)，初、次級(jí)電流都接近正弦，高次諧波小，有利于EMI設(shè)計(jì)。
目前，LLC諧振全橋變換器的設(shè)計(jì)方法較復(fù)雜，大多都是在LLC諧振半橋變換器設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上進(jìn)行試探，通過不斷調(diào)試和修正獲得合適的參數(shù)。在此提出了一種基于高性能諧振控制器MC33067的LLC諧振全橋變換器設(shè)計(jì)方法，在設(shè)計(jì)合理的前提下，變換器可以輕易實(shí)現(xiàn)初級(jí)MOSFET ZVS開通，次級(jí)整流二極管ZCS關(guān)斷，體現(xiàn)了變換器的高頻高效化。

2 LLC諧振全橋變換器拓?fù)浼肮ぷ鳈C(jī)理
全橋變換器由于具有較高功率密度而廣泛應(yīng)用于中、大功率場(chǎng)合，其主電路拓?fù)淙鐖D1所示。該電路主要包括初級(jí)4個(gè)功率MOSFET、諧振電感Lr、諧振電容Cr、勵(lì)磁電感Lm，次級(jí)則由整流二極管VD5和VD6以及輸出濾波電容Co組成。

可見，拓?fù)渲写渭?jí)沒有濾波電感，整流二極管無需緩沖吸收網(wǎng)絡(luò)，與傳統(tǒng)的全橋拓?fù)湎啾?，其元件大為減少，且變換器的磁性元件能很容易集成到一個(gè)磁芯，主變壓器的漏感和Lm也能被利用。
LLC諧振全橋變換器包括如圖2所示的3個(gè)工作區(qū)域：其中區(qū)域1，2的主開關(guān)管工作在ZVS狀態(tài)，而區(qū)域3的主開關(guān)管工作在ZCS狀態(tài)。對(duì)于選用MOSFET作為主開關(guān)管的高頻LLC變換器而言，工作在ZVS條件下其開關(guān)損耗最小，工作狀態(tài)較佳，故其所需的工作區(qū)域?yàn)樵鲆媲€的右側(cè)(其中負(fù)斜率表示初級(jí)MOSFET工作在ZVS模式)。當(dāng)LLC變換器工作在如圖2所示的ωs=ωr狀態(tài)下時(shí)，其增益由變壓器的匝比決定，從效率和EMI的角度而言，在這個(gè)工作點(diǎn)狀態(tài)下由于正弦初級(jí)電流、MOSFET和次級(jí)整流二極管都得到最優(yōu)化利用，故為最佳工作點(diǎn)，但是這只能在特定的工作電壓以及負(fù)載條件下得到。