《车载LLC电路参数的设计及计算探究》13000字（论文）

车载LLC电路参数的设计及计算研究目录TOC\o"1-2"\h\u25043摘要 1103471.前言 2146861.1选题背景及研究意义 2198411.2国内外研究现状 373131.3本文研究内容 3111782.LLC谐振变换器的工作原理及性能分析 4280212.1谐振变换器的分类 4284142.2MOSFET的分析及选取 764212.3谐振变换器拓扑结构的选择 8175142.4LLC谐振变换器主电路的结构及原理 9257383.谐振变换器稳态特性分析 12193563.1LLC谐振变换器的增益特性 1321853.2谐振变换器的效率特性 15177483.3谐振变换器的空载特性 1557393.4谐振变换器的效率模型 1697753.5寄生参数的影响 17249514.LLC谐振变换器的参数设计 17217154.1全桥LLC电路的性能指标及参数定义 1772574.2主电路参数的设计步骤： 1828013全波整流器的输出电流为 2176585.仿真结果分析 2144025.1方波发生器的验证： 2164785.2输出电压、电流波形分析： 21190836.结论 2219411参考文献 23摘要近年来随着新能源的不断发展充电机技术的不断提升，汽车行业越来越火，生产销售越来越多，在当今电动汽车中这次充电器已经成为了不可或缺的一个组成部分，同时也在电动汽车全面高速发展有着至关重要的作用。而车载LLC电路在提高效率方面有着极大的优势，因此设计车载LLC电路具有广泛的市场前景。本课题将对车载LLC电路大家相关参数设计问题进行深入探讨。从工作原理角度来针对车载电路进行全面分析之后，根据车载LLC电路原始设定的性能指标，应用相关公式计算电路各功能各部分的参数，确定相应的元件指标，然后应用PSIM仿真软件验证设计的正确性，再进行电路的调试，得到相应的波形以及数据，最后对参数及运行结果进行分析，由此来研究电路模型。关键词 车载LLC；汽车能源；大功率；效率；参数设计前言1.1选题背景及研究意义近年来随着新能源的不断发展充电机技术的不断提升，新能源汽车市场越来越受人们的欢迎，它的销售量也在不断的提高，它可以运用各种技术的充电方式给汽车完成电池的续航，从而使汽车获得动力，这样一来，不仅避免了以往对不可再生能源汽油的索取，更是一种清洁型能源，能改善环境污染的问题，还能更快更好的促进目前汽车行业的发展，所以充电机下的新能源汽车在未来的发展中是具有很大的发展前景。在电动汽车在使用过程中车载充电器成为了不可或缺的一项关键设备，同时也在电动汽车全面高速发展有着至关重要的作用。目前，市面上的新能源电动汽车中的蓄电池的电压一般都在200V到500V之间，并且习惯于使用桥式变换器。而在我们现实生活中的设计过程中，如果想要减少变换器的体积,就必须要增加开关的频率，当然，这同时也会进一步增加开关损耗，并极大影响其效率，由此可以看出，开关效率的有效提升也非常重要，谐振变换器在实际的利用过程中体现出了以下一些优势：①该变换器的原边低MOS管和副边二极管,能够分别完成ZVS(零电压开通)和ZCS(零电压闭合);②其主电路中配置了相对少量的元器件，但是工作效率不受任何影响。③该变化器在实际应用过程中体现出了高功率密度和高频密度等一些优势;④输入电压和输出负载范围相对较宽的情况下其电压调节特性表现良好；⑤该变换器的原边电力MOS管以及副边的二极管本身的电压应力相对较弱；⑥可以在变压器中实现磁器件的集成,在这种情况下也可以有效利用变压器漏感和励磁电感。因此设计车载LLC电路就具有广泛的市场前途，本课题对车载LLC电路的设计参数进行研究。相比于传统的PWM（脉冲宽度调制）变换器，LLC变换器在实际应用过程中针对输出电压的行政电路可以充分利用控制或者通过改变开关频率来实现稳定。传统采取硬开关拓扑结构的电路往往会产生相对较大的开关损耗，而在该谐振变换器中通过充分利用逆变桥中四个主MOS管的零电压开通和整流电路中二极管的零电流关断的软开关技术，能够极大限度的降低对开关电源的消耗,从而提升了功率变换器的工作质量。1.2国内外研究现状针对谐振变换器目前国内外主要是在同步整流、变压器集成、优化设计方法、控制模式调整等几个方面开展研究：(1)同步整流：以大电流和低电压整流作为基本需求，因此能够借助合理的利用同步整流电压技术来进行对整流设备损耗的高效管理,其重点就是通过合理利用低通态电阻的电力MOSFET来代替整流电压二极体,进而有效提升DC-DC转换器的效能。(2)多路输出及分布式电源：传统的方法是通过要想实现多路输出通常情况下是以正反激式结构或者半桥加交流母线来达成，但是在利用正反激式结构的情况下变压器会出现耦合和绕制相对困难等一些问题，而在利用半桥加交流母线方式的情况下虽然能够避免出现绕制困难，但是很难实现软开关。(3)变压器磁集成：磁集成技术如果要应用于较小功率的功耗下实际应用的变压器体积、数量之和费用都能得到有效控制，因此其整体性能可以得到有效提升。(4)设计方法的改善及调整控制模式。在设计方法方面不仅有经典设计方法，而且也会经常应用到基于谐振电流的设计以及在额定功率下的最优化设计。目前，LLC谐振变换器大多采用模拟控制技术，但是近年来对于数字控制技术的研究和应用也在慢慢增加1.3本文研究内容本课题将从大功率LLC电路中各部分功能模块进行参数设计及计算方法对谐振变换器进行分析和研究，与此同时也还针对不同工况需求下谐振变换器的拓扑结构进行分析，从而针对谐振变换器总结出了效率更高、简单易懂的一种算术设计方法。利用该设计方法能够让谐振变换器电压输出达到400-600V，而且完全可以达成48V、800W高效率输出的转换。LLC谐振变换器的工作原理及性能分析2.1谐振变换器的分类在实际应用过程中谐振变换器的谐振主要是利用电感和电容共同作用来实现，当电压或者电流出现过零点，这样就会导通或者是关断开关器件，从而使得电压和电流重合问题得到有效避免，因此也是现在软开关模式下的零电压导通或者零电流关断。不仅如此，而且,谐振变换器还能够很好的做到了对开关元件损耗的有效调节，同时成本也能得到有效节约，电路的整体效率得到了极大提升。（1）串联谐振变换器：这种变化器主要是通过在谐振槽中讲谐振电感Lr和谐振电容Cr进行串联后共同组成，下图1-1表示的是其电路的拓扑结构。由图1-1中不难看出，主要由输入端的直流电压源，全桥逆变网络，以及谐振槽所构成。其中全桥逆变网络由四个MOS管Q1-Q4构成，对应的四个体二极管D1-D4，以及MOS管的寄生电容C1-C4。当其正常工作时,由在各个桥臂上的两个MOS管轮流导通，并同时设置了相应的导通与死区时间，可以利用这种方法图1-1从结构层面来看，负载和谐振网络属于串联连接方式，因此谐振网络的实际阻抗的大小与开关频率有关，谐振频率为：f电路的电压增益为：M=由式(1-2)可以看出，由于分母是负载阻抗加上谐振槽的阻抗，分子是负载阻抗，因此串联谐振变换器的电压增益永远小于1。根据电路理论中的阻抗分压定律，当开关频率等于谐振频率时，此时谐振网络的阻抗最小，非常接近于零，而且是在负载的两端施加了全部电压，因此能够充分保障电压增益达到最大1。另外，在整个电路中谐振电容C属于串联连接，因此完全能够达到隔直流通交流的效果，变压器饱和也能得到有效控制。通过串联谐振变化以及其本身的特点可得知，要想在原边MOS管的ZVS中真正得到实现，它的工作频率必然要比在谐振电感感应与谐振电容器共同作用下形成的谐振频率更高。谐振变化器，在实际利用过程中要想保持输出电压稳定可以通过开关频率来实现，但是，存在一些情况时，输出电压可能会出现不能保持的情况，就是如果让变换器在轻载的环境工作的话，电压增益曲线会比较平缓，这时就要开关频率的变化范围要很广这就有可能导致输出电压不可以针对开关频率进行调节之后实现调整。如果实际输入可变电压的状况下，电压输入太大的话工作频率也会升高，进而远离谐振点，造成谐振阻抗变大，在这种情况下谐振网络的消耗也会进一步增加，因此必然会影响其整体的运行效率。（2）并联谐振变换器：下图1~2所表示的是并联全桥谐振变换器的主电路拓扑结构。根据该结构可以知道，谐振电感Lr与谐振电容Cr通过串联连接方式共同构成了并联全桥谐振变换器，而且变压器漏感也包含在了谐振电感Lr中。其与串联谐振变换器图1-2对于并联全桥谐振变换器来说，要想实现MOS管的零电压开通，那么开关管的频率需要大于谐振频率，同时还要保证谐振槽中电压相位超前于电流相位，使得整个谐振网络的阻抗为感性状态。轻载的时候，电压增益曲线陡峭，开关频率的变化范围较窄。并联全桥谐振变换器的缺点是：重载时调节特性差，轻载时，谐振环路中的电能多；对整流网络总电容的电流脉动的需求小，并且有一个电感值较大的滤波电感，会使得充电机的功率密度增大同时影响变换器体积的小型轻量化。（3）串并联谐振变换器：下图1-3展示的是串并联谐振变换器的具体电路突破结构，根据该图可以知道其分别使用了两个电容和一个电感配置在谐振槽共同构成。在一些情况下串并联谐振变换器也被称为是谐振变换器，也就是说将一个谐振电容串联在了并联全桥谐振变换器之上形成。图1-3在轻载和重载等二个不同的工况环境下，LCC全桥谐振变换器的电路特性，可以各自反映出并、串谐振变换器各自的优势，所以，LCC所容许的负载变换范围相当广泛。LLC谐振变换器中,因为串联电容器的影响而使整个电路的等效电容降低，根据电容阻抗的公式从而整体的等效阻抗增大，电流值也会减小，回路的能力减小。在轻载的环境下时，电压输出增益也可以实现有效调节。而要想实现圆边MOS管在零电压状态下的开通就必须要保障LCC谐振变换器处在高频状态下，低频谐振频率点将得不到很好的利用。随着变化器输入和输出电压不断的增加，开关管导通和关断时的损耗也会增加，开关损耗与PWM变换器相似副边的整流电路都需要加一个滤波电感，这会导致整流二极管在反向回复方面存在一定的妨碍，也不利于去提高功率密度。综合以上三种谐振变换器的工作特性分析，不同的谐振变换器的不同的场景下应该根据实际的需要合理的进行分析并进行选型。我们需要选择更具有效率优势的谐振变换器的拓扑结构，而对于谐振变换器来说，在宽电压输入或全负载变化下都能实现软开关技术，能很好的满足人们对效率和工作可靠性的要求2.2MOSFET的分析及选取随着人们对于效率的追求，电源开关及电力电子器件技术都在不断的进步，在充电机变换其中，LLC谐振变换器因其良好的效率慢慢的成为了充电机中主流的拓扑电路结构，在高频率的工作环境下，一般会选择MOSFET作为电路主开关电力MOSFET在开关网络中也得到广泛的应用。电力MOSFET作为一种单极性的全控型器件，漏极电流可以充分利用栅极电压来实现有效控制，其在实际利用过程中的驱动电路非常简单，而且整体功率相对较小，能够实现快速的开关，在高频电路中的应用具有较强适用性。对于电路来说，的三个电极之间分布的极间电容分别是。三者之间具有以下一些关系：在上述的关系中当处在漏源极短路情况下是实际的输入电容为，而共源极输出电容则属于，Crss是反向转移电容电力输出电容会受到开关损耗的直接影响，处于电路硬开关模式的情况下是，随着其等效输出电容的不断增加，也会产生更多的开关损耗，但是实际会存储更多电能。鉴于这种状况，针对处在电路硬开关工况下的电力开通和观察损耗进行全面分析，能够实现器件损耗特性的深入了解。而对于电力来说，其本身产生的关断损耗非常小，而且是存储在输出电容上的电能导致出现了开关损耗。鉴于这种状况，选用电力MOSFET作为电路主开关器件，在触发电力MOSFET前，使等效电容中存储的能量降为零，进而减少开关损耗量,为开关管上进行零电压开关试验作好准备。2.3谐振变换器拓扑结构的选择2.3.1逆变网络的选取图1-4半桥逆变电路图1-5全桥逆变电路图1-6带中心抽头变压器逆变电路半桥逆变电路的优点是结构简单，相对于全桥逆变电路来说少了2个电力MOSFET管，使用的器件较少，可以节约成本，但是同时也会带来一些缺点，就是输出电压的幅值Vo仅能达到一半，所以会大量应用在小功率电流中。而与全桥逆变电路相对比,带中心抽头变压器的开关电源器件设计实际应用数量仅为一半左右,而与全桥逆变电路相对比,其实际负载电流将会提高一倍左右2.3.2整流网络的选取整流电路电力电子电路中用于交流电能转换为直流电能供直流用电设备，整流电路中最常见的四种结构它们分别是零式全波整流、倍压整流、半波整流、桥式全波整流等基础电路。下面对这几种整流电路进行简单的介绍：（1）半波整流电路:该整流单元电路的构造非常简单，但器件较小，其缺陷就是它要求很大的滤波电感，因此通常人们都会把它应用在单端正激集成电路。（2）零式全波整流电路:通常情况下是在变压器双向磁化电路中继续利用。由于其将全部整流电路配置在了副边，因此在其输出端使得等效频率是原来的两倍，这样在设计滤波器的时候也变得更加轻松，但是缺点是必须要将两个副边绕组配置在变压器中，因此在设计过程中如果面临低电压大电流场合的情况下难度会进一步增加，因此通常会在输出电流较大的电路中应用。(3)桥式全波整流电路:由于仅仅需要为变压器负边配置一个绕组，因此其整体结构形式更加简单，但是在应用过程中整流二极管的数量为四个，实际应用时成本增加，通常仅仅是应用在一些高输出电压的状况下(4)倍压整流电路:该电路与全桥整流电路同样使用的是一个副边绕组，电路的整体结构相对简单，而且在其副边整流电路中实际产生电流的有效值相对较小，可以有效地减少变压器的损耗。但是要增加元器件，这样也就意味着增加了使用的成本。在选择副边整流拓扑时，需要整体的去考虑电路的输入电压电流、输出的电压电流、实际的器件选型、可靠性和成本等因素；一般我们会采用全波整流电路来将电路的损耗和回路的压降进行有效控制；而通常情况下会利用半波直流电路来设计小功率的正激、反激等相关类型的变换器。而在本课题的研究中，根据老师给出的原始参数指标以及初步分析，本课题的LLC电路主要是将一个零式全波整流电路配置在了变压器副边。2.4LLC谐振变换器主电路的结构及原理2.4.1LLC谐振变换器主电路结构我们的主要研究范围全桥LLC谐振变换器，从其结构上来看具有非常鲜明的电路拓扑结构特点，具体的组成全桥变换器结构和谐振电路结构的组合，详细的结构内容如图。从图上可以清楚的看到变压器的结构图，分别连接了四个开关管（Q1、Q2、Q3、Q4）和三个谐振器件（谐振电容Cr、谐振电感Lp、励磁电感Lm），副边的结构也可以明显地看到全波整流的特点。图2-1如上图所示，主电路可以分为四个模块分别是：(1)方波发生器模块:将直流电压变为方波电压(2)谐振网络:将方波电压转化为正弦电流(3)整流滤波网络:滤除纹波(4)输出负载其中方波发生器主要是由四个MOS管所构成的全桥构成，MOS管Q1和Q3为一组，MOS管Q2和Q4为一组，两组MOS管的控制脉冲相同，占空比为50%，同时，为了防止发生上下两个MOS管直通的现象，两组MOS管之间的脉冲是要留有一定的死区时长；所谓的谐振网络，其主要内容是通过Cr表示的谐振电容、通过Lr表示的谐振电感和通过Lm表示的励磁电感，具体来看Lm也可以集成为电压器的漏感当中，因此谐振网络也是有串联谐振频率fr和最小谐振频率fr=fLLC谐振电路的工作频率取决于功率的需要，功率要求低的时候工作频率高，超出谐振点fs。而当功率要求高的时候，需要降低开关频率。因此LLC谐振变换器一般按频率的高低分为五个区段，分别是：（a）其高度具体数值要大于fr；（b）建立在fr点；（c）位于fmin和fr之间；（d）fmin和fs之间；（e）低于fmin。我们希望处于前三种状态，主要是因为经过测算结果可以看到，变压器的输入阻抗表现出明显的感性的特点，经过测算发现输入电流的电位远远小于输入电压，不仅可以减少能耗还能确保系统处于ZVS状态。2.4.2LLC谐振变换器工作原理的分析在LLC谐振电路中需要满足输入阻抗呈感性的状态才能使得电路工作在ZVS的状态，下面将对这三种状态情况进行分析：当开关频率fs没有超过fr时，通过测算可以看到通过并联方式联通的负载和励磁电感Lm在阻抗方面表现出了明显的感性特点，谐振电感Lr与谐振电容也同理，可以得出的结论是阻抗处于感性状态。（2）当fs与fr相等，谐振电感Lr和谐振电容Cr具体的连接方式是一个串联谐振，但经过计算后得到的此时并不是有效电阻,而采用串联方法连接的励磁电感与等效电阻都是感性状态,即输入阻抗值等于感性。（3）当fmin<fs<fr时，通过串联方式连接的谐振电感Lm与谐振电容Cr通过测算发现处于容性阻抗状态，通过并联方式连接的负载与励磁电感Lm通过测算发现处于感性阻抗。电路与这个频率范围之内，输入阻抗是感性还是容性是由开关频率和负载产生影响的。对于输入阻抗是感性还是容性是由开关电源频谱和负载变化产生影响的。所以在负荷恒定的时候，开关电源频率就越靠近于谐振频率，而注入电阻也就更易变出现感性的性质；相反，当开关电源频率越是偏离谐振频率的时候，输入阻抗就越是易呈现出容性性质；当频率恒定负荷逐渐发生变化的时候，当负荷越来越小的时候，输入阻抗呈现出感性，而当负荷逐渐增大的时候，因此LLC谐振变换器可分成三个工作区域：ZVS区域1（输入阻抗呈感性，fs>fr），ZVS区域2（输入阻抗呈感性，fs<fr）和ZCS区（输入阻抗呈容性，fs<fr）三个部分。理想情况下LLC谐振变换器均应该工作在ZVS的状态下，进而可以得出的结论是对于LLC谐振变换器设计来说，ZVS区域1和ZVS区域2是工作区域，而ZCS区域是在设计和计算时应该避开的工作区域。当面对理想LLC谐振变换器的时候，理论上最小工作频率可直接由输入阻抗的表达式推导得到，进而进行精确计算，结果如下图所示图2-2理想LLC谐振变换器工作区域示意图3.谐振变换器稳态特性分析在确定变换器的结构时最需要观察稳态特性，对于LLC谐振变换器来说，可以造成稳态特性发生变化的因素有能否实现软开关技术、支路电流的大小和寄生元件的参数等等，并且可以根据这些稳态特性来确定主功率电路的参数。由前面的分析可知，要降低损耗，提高LLC谐振变换器的效率确保其平稳运行，各项功能可以正常实现，最好将其频率稳定在合理的范围之内，过大或者过小都会造成系统的不稳定，使得其能够实现零电压开通，因此主要针对ZVS的增益和效率特性两个角度阐述。当变换器工作在谐振频率附近时,交流谐振电路也可认为是由一种等价的正弦输入激励，并且与谐振电感、谐振电容、励磁电感、等效纯阻性电阻就可以共同沟通电路，因此其功能上是等价的,而功率的计量方法则是在傅里叶展开式中,但具体则必须采用基频分量:EUin代表的含义是方波输入电压，Ein代表的含义是输入电压的基频分量，ω=2πf，下图代表的含义是LLC谐振变换器中具体的交流电路的构成，其功效是相同的。Ein为等效的正弦交流电路，通过谐振电感Lr、励磁电感Lm图3-1LLC谐振变换器交流等效电路利用基波分量法，把二次侧等效电阻折算到变压器一次侧，得到交流等效负载R其中，RL为负载电阻，n为变压器初次级匝比。3.1LLC谐振变换器的增益特性在本课题中，在输出参数已经确定的前提下，变压器的变比也已经确定，因此电压增益就成为了一个衡量放大电路对输入或输出信息放大能力的重要度量，是关于电感比（k=LmLr）和负载之间的函数。对于LLC谐振变换器来说，影响电压增益的具体因素是大输出电压。同时考虑到电压增益与频率的变化特性，侧重于探讨其频率特性。下图代表的含义是当处于直流增益的状态下，电感比和负载发生变化的情况下的特性曲线，其中横轴为归一化频率（fn=fs

（a）k=2电压增益（b）k=5电压增益（c）k=7电压增益（d）k=9电压增益在实际计算当中我们需要提前确定好电感比k以及品质因数Q的数值才能进行更多参数的计算，由上图分析可知，电压增益与电感比以及品质因数之间的关系如下：电感比越小，电压增益则越大。但是当输入电压恒定，而电感比过大时，电压增益会减小，也不能达到宽输出电压的范围。电感比大时，电压增益曲线的斜率小，在输出电压不恒定的时候，会出现的现象是，其频率可以更加大幅度的进行调节，但这样的做法会伤害到变换器。只有设定的电感不超过定值，同时谐振电感不发生较大变化，励磁电感会相对减小，支路电流的最大值变大，此时，关断电流就应该为激磁电流，这样MOS管的关断损耗较大，极大的影响电流的传输效率。而我们知道在一定的情况下，电感比越大，变压器的漏感作为谐振电感就越容易实现。因此，我们在实际LLC电路参数的计算和设计过程中，k值一般选择在4-7之间。Q的取值越大，电压增益曲线则会越来越平缓，在电感比相同的情况下，最大电压增益与Q值之间保持着反向变化的关系。输入电压恒定的情况下，Q的取值更是会导致其电路的输出电压范围发生变化。3.2谐振变换器的效率特性关于LLC谐振变换器效率，主要是来自于电力电子器件在导通和关断过程和变压器在工作中的损耗为主，所以要想提高效率最重要的方法是从这两部分去分析并改善，具体包括：原边逆变电路MOS管的开关损耗、谐振网络中三个主要元器件的损耗、整流电路中二极管的损耗、滤波电路的损耗。要让全桥LLC电路在宽电压输出范围内达到ZVS的状态，电路必须工作在感性情况下，使输入阻抗的虚部大于零，即：Q谐振变换器除了要工作在感性区以外，还必须保持在MOS管寄生电容器内的压降为零,才能使得开关管的零电流开通。在励磁电流的峰值还不能达到死区时间的时候,把导通MOS管的寄生电容器中的电量放出来,同时把关断中的开关管的寄生电容器补充到输入工作电压上，而保证开关管的零电压开通需要满足以下条件：Cj代表的含义是MOS管的寄生电容，tdead代表的含义是死区时间。3.3谐振变换器的空载特性通过观察直流输出电压增益的计算方式可以清楚的看到，谐振频率fr在没有超过开关频率fs的时侯，谐振电容可以忽略不计。当处于空载状态下，时等效电路如下图所示，V1空载等效电路处于空载状态下，全桥LLC谐振变换器的等效输出电阻的具体数值无法得到一个准确的值，实际是接近于无穷大，因此可以得出的结论是电路的品质因数Q忽略不计。确保了系统电流处在平衡的状态，我们的开关电源频率fs值就会随之的提高，这时谐振变换器的直流增益设定就将趋向于一个常数，这样才能调节系统输出电压的平衡；与此同时，当开关的电源频率fs值不断提高直到趋向于无穷大时，直流的增益也将会是一个常数，不过此时变换器的输出电流也将无法调整，同时根据空载时的等效电路图可以知道此时输出电压的表达式为：V在空载的时候，流经变压器副边的电流无限小可以忽略不计导致谐振电流处于非常低的状态，进而造成充放电时间大大增加，甚至会出现原本可以正常发挥作用的体二极管不能为ZVS的开通留有充足的准备条件本设计中，针对输出电压不可调的问题最合适的处理方式就是增加假负载，但可能会造成达不到ZVS开通条件的问题，这次采用了全桥LLC谐振变换器的上下桥臂MOS管之间设计预留了充足的死区时间来解决。3.4谐振变换器的效率模型在设定集成电路的参数或是设计一个高电耗性的产品时，工作效率都是一个很关键的性能指标，因为只有在工作效率确定的前提下，所设计的东西才有意义，所以在设计LLC谐振转换器时候，一个好的工作效率模式将会为整个转换器系统提供极大的效益，从研究中看可以发现，一般LLC谐振转换器的工作效率模式根据在小功率应用中，磁整体式构成的转换器所形成的，损耗种类上主要分为开关网路损耗、交换变压器损耗以及整流设备损耗，而且多根据在转换器轻载时的状况加以分析。对大功率使用下的LLC谐振变换器而言,效率模型必须考察的主要内容则涉及开关网络损耗、谐振槽路损耗、整流器损耗和输出滤波器损耗等。（2）谐振槽路损耗包括谐振电感Lr的磁芯损耗和铜线损耗。计算方式为（3-6）。式中Pcv_Lr——电感磁芯单位体积上的功率损耗（W/mVe_Lr——电感磁芯的体积（m（3）变压器Ptransformer由磁芯损耗Pcore_t和铜线损耗P式中Pcv_t——变压器磁芯单位体积上的功率损耗（W/Ve_t——变压器磁芯的体积（m变压器副边的整流器损耗主要是二极管的开关损耗，因此当我们在使用LLC谐振变换器的时候，要求的是整流电路中的整流二极管是可以完成零电流关断的，所以在计算二极管的损耗时只需考虑它的导通损耗就行。整流损耗可由式（3-8）计算P式中VF3.5寄生参数的影响LLC谐振变换器的电压增益特性由于受到寄生参数的影响，相较增加之前会发生很大的变化，下面将分析MOS上的寄生电容参数的不同具体会导致电压其发生的变化。对于谐振槽路的基波输入电压Vi.FHA而言，其幅值和相位仅仅会受到变换器输入电压的影响，可以得出的结论是输出电容CLLC谐振变换器中，电力MOS管在开通过程中，谐振槽路基波输入电压超前于谐振电流，为谐振电流提供续流通路，同时将MOSFET漏源极间电压嵌位至二极管导通压降，进而实现了零电压开通，大大降低了开关损耗，提高了效率。但是,MOSFET体内二极管在续流导通的时刻总是会出现延时，这是因为由于寄生电容必须并联连通到MOS管体内二极管和MOS管两端，所以需要将在电容器中储存的电荷全部放出，电容两端压降为零之后，二极管不再承受反向压降，才可以实现续流导通，进而实现MOSFET的零电压开通。由此可见，MOSFET输出电容会对LLC谐振变换器的ZVS产生较大影响。为了保证变换器ZVS平稳的运行，在死区时间（Td）内，MOSFET输出电容上存储的电荷全部释放，即由变压器励磁电流i4.LLC谐振变换器的参数设计4.1全桥LLC电路的性能指标及参数定义由上文对全桥LLC电路结构原理和稳态特性的分析能够发现：谐振网络中，谐振电感Lm、励磁电感Lr、谐振电容Cr相互之间有着紧密的联系，共同影响着谐振变换器的特性，因此在电路中需要特别注意它们的设计。有以下几点需要注意：在设计过程中要分析变压器漏感产生的影响，变压器原边漏感还可以参与谐振，所以不需要尽可能减小变压器漏感，一般情况下，选择对原副边漏感做平衡处理，这样，二者对副边独立点的影响就会逐渐抵消；（2）：ZVS实现。一般情况下，谐振变换器不得在ZCS区域运行。因此，想要达到这一目的，在设计变化器的最小工作频率时应该要预留充足的准备。本课题中设计的全桥LLC电路具体的参数指标如下：输入电压范围：400-600V之间；输出电压及电流：48V（1±0.5%）、16A；输出功率：800W；工作效率：大于95%LLC变换器参数定义表直流增益串联谐振频率并联谐振频率品质因数归一化频率电感比M=ffQ=fL4.2主电路参数的设计步骤：4.2.1设计变压器原副边变比和谐振元件值结合电压增益特性曲线能够发现：在理想工作区域内，随着开关频率的增大电压增益会越来越小。最大谐振频率点处，此时的谐振网络的阻抗最小，谐振变换器的效率最高。在最佳工作点来确定变压器的匝比n：Vn=最高电压增益和最低电压增益：G根据已经得出的输出电压值以及输出功率值就可以推导出输出时，负载阻抗和折算到原边的等效电阻取电感比K值：k=品质因数Q取0.45令初始谐振频率f0为100kHZ，在满载的情况下计算谐振电容CC谐振电感Lr：Lr=结合电感比来求得励磁电感数值：L开关管的输出电容为100pF，死区时间：100nS，磁化电感最大值：150μH。4.2.2计算LLC电路各部分支路电压电流（1）在选择元器件的时候必须保证电路的可靠性和稳定性，所以在计算元器件的电压和电流时，应留有一定的余度，110%负载时，变压器原边等效负载有效值：励磁电流：谐振电感电流：谐振电感的电流等于IR1和I根据原副边变比计算得副边电流：变压器采用了带中心抽头结构的变压器，负载电流由两个副边平分，其有效值为：I谐振电感电压：取电感耐压值为100V谐振电容耐压值：电容电流ICr=I整流二极管的选取：在谐振变换器这个高频率的工作状态下，想要副边整流电路中的二极管完成ZCS关断，我们一般会选用快速恢复二极管，因为在这种工作状态下一般的普通整流管已经不能实现我们想要的效果。而且因为我们所采用的是带中央抽头变压器的全波整流电路,它的整流电压管的抗压值是输出电压的两倍:：两个整流管平分了变压器副边的电流。可据此求得整流管流过的平均电流大小：选择输出滤波器：输出电容不仅要对输出电压进行有效的滤波，而且要为负载传输能量，这样输出电压就可以处于稳定状态。按照现代汽车充电机的基本设计原则,输出电流的纹波应该在正负百分之零点五以内。全波整流器的输出电流为流过输出电容Cf5.仿真结果分析为了验证全桥LLC谐振变换器工作原理、稳态特性及参数设计及计算的正确性与可靠性，本课题采用PSIM软件执行了电路模型的搭建和仿真两项操作。5.1方波发生器的验证：图5-1LLC全桥谐振变换器在正常工作情况下，MOS管必须实现零电压开通，以降低开关损耗，提高充电机的工作效率。图4.1显示出：在MOS管两端所输入的电压，一般记为输入电压，而在MOS管导通之前，两端的电压不断下降，逐渐趋近于零，此时就能够实现开关管的ZVS。5.2输出电压、电流波形分析：图5-2LLC谐振变换器额定输出48V，16A。如图4.2所示：从图中能够发现仿真结果十分理想，也实现了开关管的ZVS。充电机的效率较高，同时输出的电压纹波也处于所设计的范围之内，理论计算值基本一致，达到了设计要求。结论关于电力电子许多学者都进行了分析。而现阶段，电力电子技术以及器件发展速度越来越快，开关电源技术也开始朝着高频化、集成化和模块化的理想方向发展。设备体积越来越小，设备的运行效率以及功率密度越来越高，这也让开关电源的。可靠度得到了增强。全桥LLC谐振变换器可以通过软开关技术减小电力电子器件在导通和关断时的损耗从而提升变换器的功率。此外,如果能够把谐振电感应Lr、励磁电感Lm和电力变压器一起集成的话,则将对提升谐振变换器的功率密度有极大的帮助。本文介绍了谐振变换器的分类状况，分析了LLC谐振变换器在不同的电路拓扑结构中的特点，选择了一个最适合的结构。详细分析了LLC全桥谐振变换器在感性区间的不同频率范围内的工作过程，确定了满足输出电压范围的工作区域，进行而对该区域内谐振参数的优化选取、电能的传输效率进行了详细研究分析，并根据设计方法，电流参数和相应的电流值电压都得到了确定以及