基于MC33067的LLC諧振全橋變換器的應(yīng)用設(shè)計

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://2s4d.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磁電感和外置諧振電感與諧振電容發(fā)生諧振，實現(xiàn)了初級零電壓(ZVS)開通以及次級零電流(ZCS)關(guān)斷，并給出了輸出直流電壓48 V，滿載功率2 kW的試驗結(jié)果。試驗結(jié)果表明，LLC諧振全橋變換器具有高頻、高效率等優(yōu)點，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。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：初級MOSFETZVS開通，次級整流二極管ZCS關(guān)斷；電路結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)換效率高；初、次級的電壓應(yīng)力較低；容易實現(xiàn)高頻化，故容易實現(xiàn)高功率密度，并且當(dāng)其工作在所設(shè)定的諧振頻率時，初、次級電流都接近正弦，高次諧波小，有利于EMI設(shè)計。
目前，LLC諧振全橋變換器的設(shè)計方法較復(fù)雜，大多都是在LLC諧振半橋變換器設(shè)計方法的基礎(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)計方法，在設(shè)計合理的前提下，變換器可以輕易實現(xiàn)初級MOSFET ZVS開通，次級整流二極管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、大功率場合，其主電路拓?fù)淙鐖D1所示。該電路主要包括初級4個功率MOSFET、諧振電感Lr、諧振電容Cr、勵磁電感Lm，次級則由整流二極管VD5和VD6以及輸出濾波電容Co組成。

可見，拓?fù)渲写渭墰]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)域為增益曲線的右側(cè)(其中負(fù)斜率表示初級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，其增益由變壓器的匝比決定，從效率和EMI的角度而言，在這個工作點狀態(tài)下由于正弦初級電流、MOSFET和次級整流二極管都得到最優(yōu)化利用，故為最佳工作點，但是這只能在特定的工作電壓以及負(fù)載條件下得到。