LLC谐振变换器
《2024年基于LLC谐振的双向全桥DC-DC变换器的研究》范文
《基于LLC谐振的双向全桥DC-DC变换器的研究》篇一一、引言随着电力电子技术的快速发展，DC-DC变换器在电力系统中扮演着越来越重要的角色。
其中，基于LLC（L-C-C）谐振的双向全桥DC-DC变换器因其高效率、低电压电流应力、软开关等优点，在新能源汽车、可再生能源系统、储能系统等领域得到了广泛应用。
本文旨在研究基于LLC谐振的双向全桥DC-DC变换器的工作原理、设计方法及性能分析。
二、LLC谐振的基本原理LLC谐振变换器是一种采用电感（L）、电容（C）和电容（C）谐振的DC-DC变换器。
其基本原理是利用谐振电路中的电感和电容进行能量传递，通过调节谐振频率和输入电压来实现输出电压的稳定。
在LLC谐振变换器中，全桥电路用于实现能量的双向传递。
三、双向全桥DC-DC变换器的设计3.1 拓扑结构双向全桥DC-DC变换器主要由两个全桥电路、谐振电感、谐振电容以及整流电路等部分组成。
其中，两个全桥电路分别负责能量的输入和输出，通过控制开关管的通断来实现能量的传递。
3.2 设计步骤设计双向全桥DC-DC变换器时，首先需要根据应用需求确定输入输出电压范围、功率等级等参数。
然后，根据参数选择合适的电感、电容等元件，并确定谐振频率。
接着，设计全桥电路的开关管和控制策略，以保证能量的高效传递。
最后，进行仿真和实验验证，对设计进行优化。
四、性能分析4.1 效率分析LLC谐振的双向全桥DC-DC变换器具有高效率的特点。
在谐振状态下，开关管的电压电流应力较低，损耗较小。
此外，软开关技术进一步降低了开关损耗，提高了整体效率。
4.2 稳定性分析该变换器具有较好的输入输出电压稳定性。
通过调节谐振频率和输入电压，可以实现输出电压的快速调整和稳定。
此外，双向全桥电路的设计使得能量可以在两个方向传递，提高了系统的灵活性和可靠性。
五、实验验证及结果分析为了验证基于LLC谐振的双向全桥DC-DC变换器的性能，我们搭建了实验平台并进行了一系列实验。
LLC谐振变换器的原理说明
LLC谐振变换器的原理说明LLC谐振变换器是一种高效率、高功率密度、低EMI干扰的电力转换器，广泛应用于电力电子领域。
它是由一串串联的电容、电感和谐振电容所组成的谐振网络，可以在高频范围内工作。
LLC谐振变换器可以将输入电压转换成所需的输出电压，并具有较宽的输入电压范围。
在整个工作周期中，开关切换模式占据了大部分时间。
当开关管导通时，输入电压施加在主谐振电感上，同时电流也开始在主电感和副电感之间流动。
此时，谐振电容充电，并且主电感和副电感的场能量储存。
当开关管关断时，主电感和副电感的场能量被释放，使电感电流始终保持连续。
在此模式下，开关管的导通时间足够长，使得主电感和副电感的能量能够完全传递。
这样可以减小开关管的电流压降损失，提高转换效率。
谐振模式是整个工作周期中开关管导通和关断之间的短暂过渡阶段。
在这个阶段，主电感和副电感的能量被互相传递，以及由于谐振电容的放电，使谐振电容的电压上升。
开关二极管模式是整个工作周期的开始和结束阶段。
当开关管关断时，副电感绕组上的电流不再以传输到主电感的方式，而是以开关二极管的方式流回到输入电源。
在开关管导通之前和导通之后的短暂时间内，主电感电流经过副电感的短路回路，而不经过谐振网络。
这样可以减小开关管导通和关断时的开关损耗。
LLC谐振变换器的关键参数是电容、电感及谐振频率。
选择合适的电容和电感可以使谐振频率与输入电压频率尽量接近，从而实现谐振，减小开关损耗。
此外，输出滤波电容也是LLC谐振变换器的关键部分，可以平滑输出电压和减小输出纹波。
总之，LLC谐振变换器通过谐振网络实现高效率的电能转换。
它的原理基于谐振和能量传输，通过合理选择电容和电感，以及实现合适的工作模式，可以实现高功率密度和低EMI干扰的转换器设计。
半桥LLC谐振变换器介绍
半桥LLC谐振变换器介绍半桥LLC谐振变换器由一个半桥拓扑架构和一个LLC谐振网络组成。
半桥拓扑意味着变换器的输入端上有两个开关，一个用于连接正极电源，另一个用于连接负极电源。
这种拓扑结构使得半桥LLC谐振变换器能够实现双向电能传输，即可以将电能从正极电源转移到负极电源，也可以将电能从负极电源转移到正极电源。
LLC谐振网络是变换器的核心部分，由一个电感、两个电容和一个开关组成。
谐振网络是为了减小开关器件的开关损耗而设计的，通过合理选择电感和电容的参数，使得串联谐振电路在工作过程中能够保持恒定的频率，从而降低了功率转换过程中的功率损耗。
半桥LLC谐振变换器具有许多优点，使其成为电力电子领域中常用的变换器之一、首先，它具有高效率。
由于谐振网络的存在，半桥LLC谐振变换器在工作过程中能够实现零电压开关，即在开关器件切换时，电流为零，从而减小了开关损耗。
其次，它具有高频率。
谐振网络的设计使得变换器能够在高频率下工作，从而减小了磁性元件的体积和重量。
此外，半桥LLC谐振变换器还具有高功率密度的特点，能够在小尺寸的空间内实现高功率的转换。
半桥LLC谐振变换器在实际应用中具有广泛的用途。
它可以应用于电力电子系统中的各种场景，如电动汽车充电器、太阳能逆变器和数据中心的电源供应等。
同时，由于其高效率、高频率和高功率密度的特点，半桥LLC谐振变换器也成为了新能源领域、工业自动化领域和通信领域中的研究热点。
总之，半桥LLC谐振变换器是一种高效率、高频率和高功率密度的电力电子变换器。
它由半桥拓扑架构和LLC谐振网络组成，能够实现双向电能传输。
在实际应用中，半桥LLC谐振变换器具有广泛的用途，被广泛应用于各种电力电子系统中。
llc谐振变换器工作原理及作用
llc谐振变换器工作原理及作用
谐振变换器（LLC）是一种常用的电力电子变换器，它广泛应用于直流-
交流转换器中。
下面我将为您介绍LLC谐振变换器的工作原理和作用。
LLC谐振变换器的工作原理如下：首先，输入电压经过整流和滤波，得
到一个直流电压。
然后，这个直流电压经过谐振电感和谐振电容，并与主开
关的开关动作交替，形成一个交流电压。
这个交流电压经过变压器，输出到
负载。
LLC谐振变换器的主要作用是将输入直流电压转换为需要的交流电压。
它可以实现高效能的功率转换，并具有以下几个重要的特点：
1. 高效能：LLC谐振变换器采用谐振电感和谐振电容，能够减小开关损
耗和开关噪音，提高能量转换的效率。
2. 高可靠性：谐振变换器的主开关只在零电压或零电流下进行开关动作，减少了开关元件的压力和损耗，从而提高了系统的可靠性和寿命。
3. 可调性：LLC谐振变换器可以通过改变谐振电感和谐振电容的数值来
调整输出电压和电流的大小，从而满足不同负载的需求。
4. 低电磁干扰：谐振变换器通过谐振电路将电压和电流在零交流压力点
进行开关，减少了开关瞬态和电磁辐射，降低了对其他电子设备的干扰。
LLC谐振变换器是一种高效、可靠、可调的电力电子变换器，具有广泛
的应用前景。
它可以在直流-交流转换器中将输入直流电压转换为需要的交
流电压，同时还具备较低的开关损耗、低电磁干扰等优点。
dcdc中llc谐振变换器工作原理
dcdc中llc谐振变换器工作原理
LLC谐振变换器是一种常用的高频变换器，其工作原理如下：
1.输入电压加工作在非导通状态的功率开关管（如MOSFET）并接入电感Lr，产生电流。
2.当MOSFET导通时，电感Lr储存了能量，这时MOSFET截止且电容C输出电压被输出。
3.MOSFET截至后，电感Lr和电容C形成一个谐振电路。
谐
振电路中的能量开始通过二极管D输出。
4.当谐振电路中的能量完全输出后，再次触发MOSFET的导
通操作，使得新一轮的能量传输开始。
LLC谐振变换器的工作原理遵循以下几点特点：
1.谐振电路要求电感Lr和电容C的谐振频率与输入电压的频
率相同，以实现高效能量传输。
2.通过合理调整开关频率和占空比，可以实现谐振电路中能量
的最大化输出。
3.LLC谐振变换器采用谐振方式工作，能够实现高效能量转换
和低损耗。
4.通过控制开关管的导通和截止状态，可以实现输出电压的稳
定调节。
综上所述，LLC谐振变换器利用谐振电路的特性，实现了高效能量转换和稳定调节的功能。
LLC谐振变换器参数设计精品
LLC谐振变换器参数设计精品LLC谐振变换器是一种高效的DC-DC变换器拓扑结构，广泛应用于电力电子领域，具有输入输出电压高、效率高、电磁干扰小等优点。
在LLC 谐振变换器的设计中，参数的选择至关重要，本文将从LLC谐振变换器的基本工作原理、参数设计的目标和方法等方面进行详细的介绍。
一、LLC谐振变换器的基本工作原理1.谐振电容C和谐振电感L形成与谐振频率f相对应的谐振回路，使得谐振电感L在正半周产生负电流，将储能转移到谐振电容C中。
2.谐振电容C通过桥臂与输入电源相连接，变压器将输入电压Vi降为变压器次级侧的电压Vo。
3.三角形换频开关之间的谐振电容C和谐振电感L共同形成LLC谐振网络，使电流在上、下三角形开关之间流向分别为零，实现开关管和二极管的软开关。
二、LLC谐振变换器参数设计的目标1.实现指定的输出电压Vo和输出电流Io。
2.实现高效率的能量转换。
3.降低开关管和二极管的开关损耗。
4.尽量减小输出滤波电容和滤波电感的尺寸和成本。
三、LLC谐振变换器参数设计的方法1.谐振频率f的选择：谐振频率f的选择应考虑输入电压的范围和输出电流的动态响应。
一般来说，谐振频率应选择在几十千赫兹到几百千赫兹之间，以获得较高的效率和较小的谐振元件尺寸。
2.谐振电容C的选择：谐振电容C的选择应考虑谐振频率和谐振电感L。
一般来说，谐振电容C应选择为电感L的倒数乘以4π的平方，即C=1/(4π^2f^2L)。
此外，还需要考虑电容的电压和电流容量。
3. 谐振电感L的选择：谐振电感L的选择应考虑输入电压Vi的范围和输出电流Io的需求。
一般来说，谐振电感L的值应大于输出电流Io除以开关频率fs的一半，即L>Io/(2fs)。
此外，还需要考虑电感的饱和电流和电感的频率特性。
4.变压器参数的选择：变压器的参数包括变比、漏感和绕组电阻。
变比的选择应根据输入电压Vi和输出电压Vo的比值，以及功率变换的需求。
漏感的选择应考虑谐振频率和输入电压的范围，以降低谐振电容C的尺寸。
llc谐振式变换器的工作原理. -回复
llc谐振式变换器的工作原理. -回复LLC谐振式变换器是一种常见的电源转换器，具有高效率、低噪声和小体积等优点，被广泛应用于电子设备中。
本文将详细介绍LLC谐振式变换器的工作原理。
LLC谐振式变换器由三个主要组件组成：谐振电感(L)，谐振电容(C)，和LLC谐振变压器。
在详细介绍LLC谐振式变换器的工作原理之前，需要先了解一些基本概念。
1. LLC谐振变换器的输入电源：LLC谐振变换器通常使用直流电压输入，例如来自电池或电网的直流电压。
2. 调制信号：LLC谐振变换器的控制信号来自于调制器，调制器的任务是根据电路的工作状态产生恰当的驱动信号。
3. 开关管：LLC谐振变换器中使用开关管作为开关元件，可以是MOSFET 或IGBT等。
在了解这些基本概念后，我们可以进一步探讨LLC谐振式变换器的工作原理。
LLC谐振式变换器的工作原理如下：第一步：输入电源向LLC谐振变换器的输入端供应直流电压。
输入电源通常需要一个整流器将交流电转换为直流电。
第二步：通过调制器，控制信号发送给开关管。
调制器将根据LLC谐振变换器的输出需求产生正确的调制信号。
第三步：根据控制信号，开关管的状态改变。
当控制信号处于高电平时，开关管导通，输入电源的直流电流通过LLC谐振变换器的谐振电感。
第四步：当开关管导通时，谐振电感和谐振电容会构成一个谐振回路。
在谐振回路中，电流和电压会周期性地振荡。
第五步：谐振回路中的电流通过LLC谐振变压器的初级线圈。
第六步：通过互感作用，LLC谐振变压器的次级线圈中产生相应的电压信号，供给输出负载。
第七步：反馈回路中的控制器检测输出电压，并根据需要调整控制信号的幅值和频率。
第八步：基于反馈回路的控制信号，调制器决定开关管何时导通和何时关断。
这种反馈机制确保输出电压稳定，并适应负载变化。
通过这些步骤，LLC谐振式变换器可以实现对电源的高效转换。
谐振回路的设计和调整可以确保电流和电压之间的相位差最小化，从而最大限度地提高系统的效率。
LLC谐振变换器的设计要素
LLC谐振变换器的设计要素1.变换器的拓扑结构：LLC谐振变换器由电感（L）、电容（C）和电流驱动器（D）组成。
在设计过程中需要选择合适的元器件，并确定它们的布局和连接方式。
2.谐振频率：谐振频率是LLC谐振变换器的一个重要参数，它决定了变换器的输出特性和性能。
在设计过程中需要选择合适的电感和电容，以使得变换器在所需的谐振频率下运行。
3.功率转换效率：功率转换效率是衡量LLC谐振变换器性能的重要指标，设计过程中需要考虑如何提高功率转换效率。
例如，可以通过选择合适的开关频率和谐振频率，以及优化电路元件和控制算法来实现。
4.输入和输出电压：LLC谐振变换器能够实现从输入电压到输出电压的转换，设计过程中需要确定所需的输入和输出电压，并选择合适的电路元件和控制策略来实现所需的电压转换。
5.控制策略：LLC谐振变换器的控制策略对其性能和稳定性有重要影响。
在设计过程中需要选择合适的控制策略，例如经典的固定频率脉宽调制控制（PWM）或基于频率调制的控制（FM）。
6.电路保护：在设计LLC谐振变换器时，还需要考虑电路保护措施，以防止可能的故障或异常情况对电路元件和系统的损害。
例如，可以通过使用过流保护、过温保护和电压保护等措施来增强电路的可靠性和安全性。
7.噪声和EMI：LLC谐振变换器在工作过程中会产生噪声和电磁干扰（EMI），这可能对其他电子设备造成干扰并影响系统性能。
在设计过程中需要采取适当的措施来减少噪声和EMI，例如使用滤波器和屏蔽材料等。
8.温度管理：高功率LLC谐振变换器会产生大量热量，因此在设计过程中需要考虑温度管理措施，以防止温度过高对电路元件和系统性能造成损害。
这可以通过使用散热器、风扇和热管等散热措施来实现。
综上所述，LLC谐振变换器的设计要素包括变换器拓扑结构、谐振频率、功率转换效率、输入和输出电压、控制策略、电路保护、噪声和EMI、温度管理等。
通过合理选择元器件、优化电路布局和控制算法，可以实现高效率、稳定运行和安全可靠的LLC谐振变换器设计。
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Vlow
t1~t2阶段的工作电路
● 半桥式LLC谐振电路的工作过程
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T
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t2~t3阶段的工作电路
●半桥式LLC谐振电路的仿真实现
Scope Pul se G enerator g D m S i + -
●半桥式LLC谐振电路的仿真实现
Lm电流和Lr电流波形
●半桥式LLC谐振电路的仿真实现
后级电路D1和D2电流波形
●半桥式LLC谐振电路的仿真实现
后级电压输出波形
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D1 Lm
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Io Co Io Co D2 D3 D4
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Cr Q2 C2
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Vlow
t0~t1阶段的工作电路
● 半桥式LLC谐振电路的工作过程
C1
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I Lm
Io Co Io Co D2 D3 D4
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Cr Q2 C2
串并联谐振变换器
串并联谐振变换器是由串联型和并联型谐振变换器的结 合，该类变换器综合了传统串联型和并联型谐振变换器具有 的优势。但是它仍然具有不可避免的缺点，即当输入电压增 高时，开关管工作在远远高于谐振点的工作频率，相应带来 更高的环路能量和关断电流。
● 半桥式LLC谐振电路的工作过程
Q1
C1
LLC谐振变换器与传统PWM变换器相比有如下优势：
• 电路拓扑结构简单。 • 高输入电压下高效率得以实现。 • 功率开关元件具有低关断电流，关断损失小。
• 在宽的输入电压范围内，从空载至满载皆可达到零电压开关。
• 二次侧整流二极管体电压应力可最小化约等于两倍输出电压,元 件的选择性高。 • 两谐振电感可结合在一个变压器磁芯上,变压器漏感以及激磁电 感可当成谐振元件，谐振元件体积可大幅度缩小，达到轻薄短小 的目的。 • LLC谐振变换器内部产生的热量小，无需使用额外的风扇散热
● 变换LLC谐振变换器的分类与比较
串联型谐振变换器 串联谐振变换器的工作区域为高于谐振频率的范围。 在该区域，均可实现功率开关管的ZVS，但是，在轻载 时，为了维持输出增益，开关管的工作频率需要很高， 消耗了的能量显著增多。
并联型谐振变换器
并联谐振变换器与串联谐振变换器的工作区域类似， 为了实现开关管的ZVS，要工作在高于谐振频率的范围。 但是，由于负载和谐振电容是并联的，即使当电路工作 在空载状态时，谐振网络仍然被视作一个小阻抗，这将 会引起很高的环路能量聚集在谐振网络中。
LLC 谐振变换器研究
报告人：
目录
LLC谐振电路的发展优势与应用
LLC谐振变换器的分类与比较
半桥式LLC谐振电路的工作原理
半桥式LLC谐振电路的仿真实现
● LLC 谐振变换器的发展及优势
LLC谐振变换器最早在1980年代就已被提出，是在 传统LC二阶谐振变换器的基础上增加一个并联谐振 电感改进而来的，相对于普通串联、并联谐振变换 器在特性上有了明显的改善。 近年来LLC谐振变换器成为功率变换器的研究热门 拓扑，并且成功的应用到不同的电源产品中，实现 高性能DC/DC变换。
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Current Measurement
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Multi-Winding Transformer
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Current Measurement3
Current Measurement2
Voltage Measurement1 Scope2
Scope1
Discrete, Ts = 5e-009 s. powergui
仿真电路原理图
●半桥式LLC谐振电路的仿真实现
开关管输入波形