1、河海大学文天学院学士论文毕 业 设 计（论 文）题目：全桥 LLC 谐振电源的设计与研究理论部分河海大学文天学院学士论文本科毕业设计（论文）任务书、毕业设计（论文）题目：全桥 LLC 谐振电源的设计与调试-理论部分 、毕业设计（论文）工作内容（从专业知识的综合运用、论文框架的设计、文献资料的收集和应用、观点创新等方面详细说明）： 随着软开关技术和并联均流的发展，高性能的大功率高频开关电源的研究与开发已成为电力电子领域的重要研究方向，高频化,高效率，高功率密度和低损耗，低 EMI 噪声是 DC/DC 变换器的发展趋势，全桥 LLC 谐振变换器能够实现全负载范围下原边开关管 ZVS，副边整流管 Z
2、CS,有效解决了移相全桥 PWM ZVS DC/DC 变换器存在的问题，使得 LLC 谐振拓扑结构成为电力电子技术领域研究的热点。 本课题以全桥 LLC 谐振变换器为研究内容，并与移相全桥 PWM ZVS DC/DC 变换器进行比较，总结二者优缺点，接着对变换器工作原理进行详细研究，建立数学模型，运用 MATLAB 仿真证明理论分析的正确性。最后，搭建220V-40A 全桥 LLC 谐振变换器实验平台，验证理论分析的正确性和设计方法的合理性。具体工作的步骤、内容、要求安排如下： 1.绪论，介绍研究的背景。2.以全桥 LLC 谐振变换器为研究内容，并与移相全桥 PWM ZVS DC/DC 变换器
3、进行比较总结二者优缺点。3.对变换器工作原理进行详细研究，建立数学模型，运用 MATLAB 仿真证明理论 分析的正确性。4.总结论文。、进度安排：第 1 周第 2 周（2 周）：根据毕业设计任务和要求，收集、查阅和研究学习相关的信息和资料：确定相应的技术方案和实施过程及规划； 第 3 周第 5 周（3 周）：撰写论文初稿，查阅相关资料进行修改； 第 6 周第 9 周（4 周）：设计电路图，调试硬件； 第 10 周第 12 周（3 周）：完成 MATLAB 软件设计； 第 13 周第 14 周（2 周）：充实论文，后期检查整改。 、主要参考资料：1 张占松，蔡宣三，开关电源的原理与设计（修订版）
4、 ，电子工业出版社，河海大学文天学院学士论文2006.1.3613672 阮新波，严仰光，直流开关电源的软开关技术，北京：科学出版社，20003 马利军，峰值电流模式控制在移相全桥变换器中干的应用硕士学位论文，河海大学电气工程学院，2007.4 Yilei Gu, C. Chen, “Analysis and Design of Two-Transformer Asymmetrical Half-Bridge Converter,” Proc, IEEE PESC 02 2002, 943-9485 L. Krupskiy, V. Meleshine, A. Nemchinov, “Unifi
5、ed Model of the Asymmetrical Half Bridge for Three Important Topological Variations,” Proc, IEEE INTELEC99, 1999, pp.86 丁道宏，杨东平，串联输出谐振变换器开关特性和效率分析，电力电子技术，1994 年第一期，29327 丁道宏，陈玉水，并联输出 DC-DC 谐振变换器的稳态输出与数字仿真，南京航空航天大学学报，1994，26（2）：1771868 王卫，张雷，李可，半桥串并联谐振电源的研究，哈尔滨工业大学学报，1996，28（1）：69759 周伟成，3kW LLC 谐振式模
6、块化通信电源 硕士学位论文，浙江大学电气工程学院，2007指导教师：（签名： ） ， 2012 年 月 日学生姓名：（签名： ） ，专业年级： 电气工程及其自动化 09 级 系负责人审核意见（从选题是否符合专业培养目标、是否结合科研或工程实际、综合训练程度、内容难度及工作量等方面加以审核）： 专业负责人签字： ， 2012 年 月 日河海大学文天学院学士论文河海大学文天学院学士论文I摘 要随着软开关技术和并联均流的发展，高性能的大功率高频开关电源的研究与开发已成为电力电子领域的重要研究方向，高频化,高效率，高功率密度和低损耗，低 EMI 噪声是 DC/DC 变换器的发展趋势，全桥 LLC 谐振
7、变换器能够实现全负载范围下原边开关管 ZVS，副边整流管 ZCS,有效解决了移相全桥 PWM ZVS DC/DC 变换器存在的问题，使得 LLC 谐振拓扑结构成为电力电子技术领域研究的热点。本文首先对谐振变换器基本分类和工作过程进行归纳总结，并与传统 PWM变换器进行对比，总结 LLC 谐振变换器主要优点；详细讨论 LLC 谐振变换器工作在各个开关频率区域内工作过程和工作原理，分析变换器工作在容性区域内的缺点和危害性以及轻载情况下的工作状况。其次，利用基波分析方法建立变换器数学模型，推导输入电压、输出电压和开关频率以及负载的关系，分析LLC 谐振变换器空载特性和短路特性，推导感性和容性区域边界
8、条件，确定变换器稳态工作区域，确定主开关管实现 ZVS 条件，分析系统小信号模型和设计控制器。最后，根据主开关管的 ZVS 条件总结谐振参数的计算步骤，据此设计了主电路和控制电路，在讨论几种常用的过流保护方法基础上采用实用过流保护方法，而且对变换器的损耗做出详细的分析。通过实验证明了 LLC 谐振变换器具有软开关特性，电路结构简单、效率高，可以实现高频化和高功率密度，电路的输入电压范围和输出功率范围较宽以及输出整流二极管电压应力较低等优点。关键词：谐振变换器，软开关，基波分析方法，过流保护，损耗分析河海大学文天学院学士论文IIAbstractIn DC/DC converter applica
9、tions, high frequency, high power density, high efficiency is the development trend. As a focus in DC/DC converters research fields nowadays, LLC series resonant converter can solve well these problems such as hard to achieve ZVS in light load and revere recovery problems, also work well without any
10、 load, and the current through the resonant network is response to the variation on load. Just with the advantages comparing to the series converter or the parallel converter, it can be widely focused on and used nowadays.The dissertation first analyzes three traditional resonant converters and comp
11、ares them with LLC resonant converter, and then sums up the advantages of LLC resonant converter, and discusses in detail its principle and the operation modes in each frequency range, and the disadvantages and harmfulness in the non-inductance range and the work states in the light load. Secondly,
12、based on the fundamental harmonic approximation (FHA), the mathematics model of the converter is obtained, the gain relations between input and output voltage depending on switching frequency and load conditions are given, the no-load and short characteristic is analyzed, steady working region of LL
13、C resonant converter is confirmed, and the conditions to achieve ZVS are given, small-signal model is analyzed and the controller is designed. Finally, the calculation process of the resonant parameters is summed up, then the main circuit parameters and control circuit is designed, the fruit way of
14、over-current protection is adopted, and the losses of the converter are analyzed in detail. The experimental results prove that LLC resonant converter haves the advantages such as ZVS characteristic, simple circuit structure, the achievement of 河海大学文天学院学士论文IIIhigh frequency and high power density an
15、d high efficiency, the wide range of input voltage and output power, and the low voltage stress of output rectifier diodes.Keywords: resonant converter, soft-switches, FHA, over-current protection, analysis of loss河海大学文天学院学士论文目录摘 要 .IAbstract .II第一章 绪论 .11.1 直流变换器 .11.1.1.直流变换器的分类 .11.1.2 直流变换器技术现状及
16、未来的发展 .11.2 软开关技术 .31.3 谐振变换器与谐振电源 .41.3.1 串联谐振变换器 .41.3.2 并联谐振变换器 .51.3.3 串并联谐振变换器 .71.3.4 LLC 串联谐振变换器 .81.4 移相全桥 PWM ZVS DC/DC 变换器与 LLC 串联谐振变换器比较 .8第二章 LLC 串联谐振变换器工作原理 .112.1 主电路 .112.2 变换器工作在感性区间主要波形和工作模态 .122.2.1 工作在 ffs 区间(Buck)主要工作波形和工作模态 .122.2.2 工作于 fmffs 区间(Boost)主要工作波形和工作模态 .152.2.3 工作在 f=
17、fs 谐振频率点的工作波形 .172.3 工作在容性区间内开关管的工作状态 .182.4 工作于接近感性和容性区间分界线以及轻载下的工作状况 .20第三章 LLC 串联谐振变换器电路设计 .223.1 谐振参数计算 .223.1.1 参数设计步骤 .223.1.2 根据步骤计算出谐振参数 .233.2 谐振电容选取 .233.2.1 高频变压器设计 .233.2.2 主开关管和整流二极管的选取 .253.3 控制器的设计 .253.4 频率控制电路以及驱动电路 .273.4.1 频率控制电路 .273.4.2 驱动电路 .283.5 常用过流限流保护方法 .293.5.1 提高变换器开关频率方
18、法 .293.5.2 变频和定频相结合方法 .303.5.3 采用二极管钳位法 .303.5.4 实用过流保护方法 .32第四章 仿真以及实验结果分析 .334.1 仿真 LLC 谐振电路 .334.3 输出整流二极管电压和电流 .344.4 变压器原边电压波形 .35结论与展望 .36河海大学文天学院学士论文致谢 .37参考文献 .38附录 1：英文文献 .40附录 2：中文文献 .45河海大学文天学院学士论文1第一章 绪论1.1 直流变换器1.1.1.直流变换器的分类直流变换器分为并联直流变换器和非并联直流变换器两种.并联直流变换器采用先进的高频脉宽调制边缘谐振技术，使效率得到了极大提高。
19、整机具有稳压精度高、动态响应快、输出杂音低、抗干扰能力强、工作温度范围宽等特点。面板上的中文液晶可显示本电源模块的工作状态，也可直观显示电压电流等数据；模块的各种保护功能齐全；模块内置均充、浮充切换电路，并可选择手动或自动控制。监控接口可监测模块工作状态，可进行开关机控制，均浮充控制，并配有自动均流总线接口，均充总线接口。智能机型配有 RS485接口，可与配套监控模块、PC 机、PLD 等其它智能设备连接，完成远端监控，实现电源系统四遥功能。非并联直流变换器采用进口 DC-DC 模块组成，具有稳压精度高、输出噪声低、抗干扰能力强等优点，且体积小、重量轻一般的直流变换器都是单向的，也某些场合也会有双向直流变换器来进行工作。1.1.2 直流变换器技术现状及未来的发展分布式电源系统应用的普及推广以及电池供电移动式电子设备的飞速发展，其电源系统需用的 DC/DC 电源模块越来越多。对其性能要求越来越高。除去常规电性能指标以外，对其体积要求越来越小，也就是对其功率密度的要求越来越高，对转换效率要求也越来越高，也即发热越来越少。这样其平均无故障工作时间才越来越长，可靠性越来越好。因此如何开发设计出更高功率密度、更高转换效率、更低成本更高性能的 DC/DC 转换器始终是近二十年来电力电子技术工程师追求的目标。例如：二十年前 Lucent 公司开发出第一个半砖 DC/DC
