前言
在应对高压方面，提出了三电平解决方法，由此三电平LLC变换器拓扑被提出。为了保证变换器具有高效率，通常采用脉宽频率调制PFM和定频移相调制FF-PSM混合调制策略。不管使用何种调制策略，其谐振参数是LLC变换器的设计关键。本次学习的文章提出了基于最大电压增益和效率优化的谐振参数优化方法，文中依据损耗模型分析了谐振频率的选取和效率之间的关系，从而得到优化参数，并研制了600W实验样机证明了优化参数的正确性。
目录
1 概述
2 基于最大增益的效率优化法设计谐振参数
3 实验验证
4 参考文献
1 概述
尽管LLC变换器有显著的优点，但限制条件也很多。根据LLC特性的分析，其拓扑本身不适用于宽电压范围，其原因宽电压范围导致磁性器件设计变得困难、软开关实现变得困难等。为了提升变换器性能拓展应用范围，学者们从拓扑、调制策略、新型器件等方法发力，提出了各种优化设计方法，这极大地推广了LLC变换器，使得在市场上得到了广泛的应用。LLC的关键在于三个谐振元件参数的设计，通常有三种设计方法：基波近似、时域分析和基波近似与时域矫正分析。基于上述分析方法也有学者提出了智能算法优化、峰值增益精确计算、时域仿真等优化方法。该文章针对脉宽频率调制和定频移相调制混合调制策略，通过最大增益下电感比、品质因数和频率之间的关系设计谐振参数，最后搭建样机对参数进行验证。半桥三电平LLC拓扑如图1所示。
2 基于最大增益的效率优化法设计谐振参数
文章首先分析了半桥三电平LLC混合调制的工作过程，推导了电压、电流的表达式，给出了混合调制策略下的电压增益曲线，如图2所示。
根据分析可得，移相模式下电压增益与负载和谐振腔无关。基于最大增益范围的谐振腔参数设计主要是优化频率窗口和降低电路损耗。根据PFM模式分析可得，调频电压增益与谐振回路参数k和Q有关，从而分析了k和Q对电压增益的影响，得到小于谐振频率时，减小Q或者k可以得到大的峰值增益。传统谐振腔设计方法通过降低k来拓宽电压增益，将导致效率降低。
文中从效率出发，讨论了k和Q对变换器效率的影响，表示式如下
根据上述表达式得到效率曲面图，如图3所示。
从图3可以得出，效率随着k和Q的增加而增大。若要实现高效率，k和Q的值需要尽可能大。但这会导致电压峰值增益降低，因此需要k和Q的值需要折衷。
通过k和Q对效率的影响分析，文中基于半桥三电平LLC给出了谐振参数的设计流程，如图4所示。
若k和Q的确定，即可得到损耗与谐振电感、频率之间的关系，如图5所示。
从图5看出，损耗随着频率或励磁电感的增加而减小。但频率过小，高增益时电流大，磁性元件易饱和；而频率过大，这对于开关器件的开关速度要求更苛刻。因此需要根据实际需求选择谐振频率。
3 实验验证
文中设计了输入400V，输出120V～300V/600W样机，样机谐振参数：谐振电感56uH，励磁电感197uH，谐振电容32nF。输出120V、满载和半载工况测试波形如图6a所示；输出300V、满载和半载工况测试波形如图6b所示。
从图6测试结果看出，通过该参数设计方法，变换器原边开关管均实现ZVS。变换器的峰值效率到达了96.2%。在PFM模式下随着远离谐振点时，效率逐渐降低，这是因为能量环流时间增加，损耗增大；在FF-PSM模式下随着移相角的增加，效率逐渐降低。
该文中通过电感比、负载变化对效率的影响，提出了基于增益增大的混合调制策略下的谐振参数优化方法，通过实验验证了宽范围输出条件下，参数设计方法对效率提升具有较好的效果。
4 参考文献
[1] 基于宽范围增益和效率的LLC谐振变换器设计方法_金涛
往期笔记
文献笔记1---“一种适用于半桥LLC的调幅调频混合控制方法”
文献笔记2---一种应用于SR-DAB的DPS-VF控制方法
文献笔记5---基于无传感器的Mhz高压LLC变换器SR技术
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