前言
在應對高壓方面，提出了三電平解決方法，由此三電平LLC變換器拓撲被提出。為了保證變換器具有高效率，通常采用脈寬頻率調制PFM和定頻移相調制FF-PSM混合調制策略。不管使用何種調制策略，其諧振參數是LLC變換器的設計關鍵。本次學習的文章提出了基于最大電壓增益和效率優化的諧振參數優化方法，文中依據損耗模型分析了諧振頻率的選取和效率之間的關系，從而得到優化參數，并研制了600W實驗樣機證明了優化參數的正確性。
目錄
1 概述
2 基于最大增益的效率優化法設計諧振參數
3 實驗驗證
4 參考文獻
1 概述
盡管LLC變換器有顯著的優點，但限制條件也很多。根據LLC特性的分析，其拓撲本身不適用于寬電壓范圍，其原因寬電壓范圍導致磁性器件設計變得困難、軟開關實現變得困難等。為了提升變換器性能拓展應用范圍，學者們從拓撲、調制策略、新型器件等方法發力，提出了各種優化設計方法，這極大地推廣了LLC變換器，使得在市場上得到了廣泛的應用。LLC的關鍵在于三個諧振元件參數的設計，通常有三種設計方法：基波近似、時域分析和基波近似與時域矯正分析。基于上述分析方法也有學者提出了智能算法優化、峰值增益精確計算、時域仿真等優化方法。該文章針對脈寬頻率調制和定頻移相調制混合調制策略，通過最大增益下電感比、品質因數和頻率之間的關系設計諧振參數，最后搭建樣機對參數進行驗證。半橋三電平LLC拓撲如圖1所示。
2 基于最大增益的效率優化法設計諧振參數
文章首先分析了半橋三電平LLC混合調制的工作過程，推導了電壓、電流的表達式，給出了混合調制策略下的電壓增益曲線，如圖2所示。
根據分析可得，移相模式下電壓增益與負載和諧振腔無關。基于最大增益范圍的諧振腔參數設計主要是優化頻率窗口和降低電路損耗。根據PFM模式分析可得，調頻電壓增益與諧振回路參數k和Q有關，從而分析了k和Q對電壓增益的影響，得到小于諧振頻率時，減小Q或者k可以得到大的峰值增益。傳統諧振腔設計方法通過降低k來拓寬電壓增益，將導致效率降低。
文中從效率出發，討論了k和Q對變換器效率的影響，表示式如下
根據上述表達式得到效率曲面圖，如圖3所示。
從圖3可以得出，效率隨著k和Q的增加而增大。若要實現高效率，k和Q的值需要盡可能大。但這會導致電壓峰值增益降低，因此需要k和Q的值需要折衷。
通過k和Q對效率的影響分析，文中基于半橋三電平LLC給出了諧振參數的設計流程，如圖4所示。
若k和Q的確定，即可得到損耗與諧振電感、頻率之間的關系，如圖5所示。
從圖5看出，損耗隨著頻率或勵磁電感的增加而減小。但頻率過小，高增益時電流大，磁性元件易飽和；而頻率過大，這對于開關器件的開關速度要求更苛刻。因此需要根據實際需求選擇諧振頻率。
3 實驗驗證
文中設計了輸入400V，輸出120V～300V/600W樣機，樣機諧振參數：諧振電感56uH，勵磁電感197uH，諧振電容32nF。輸出120V、滿載和半載工況測試波形如圖6a所示；輸出300V、滿載和半載工況測試波形如圖6b所示。
從圖6測試結果看出，通過該參數設計方法，變換器原邊開關管均實現ZVS。變換器的峰值效率到達了96.2%。在PFM模式下隨著遠離諧振點時，效率逐漸降低，這是因為能量環流時間增加，損耗增大；在FF-PSM模式下隨著移相角的增加，效率逐漸降低。
該文中通過電感比、負載變化對效率的影響，提出了基于增益增大的混合調制策略下的諧振參數優化方法，通過實驗驗證了寬范圍輸出條件下，參數設計方法對效率提升具有較好的效果。
4 參考文獻
[1] 基于寬范圍增益和效率的LLC諧振變換器設計方法_金濤
往期筆記
文獻筆記1---“一種適用于半橋LLC的調幅調頻混合控制方法”
文獻筆記2---一種應用于SR-DAB的DPS-VF控制方法
文獻筆記5---基于無傳感器的Mhz高壓LLC變換器SR技術
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