半桥LLC谐振变换器开题报告
半桥LLC谐振变换器开题报告
XXXXXX
本科毕业设计开题报告
题目: 半桥LLC谐振变换器研究院 (系): 信息与电气工程学院班级: 电气07-2 姓名: XXX 学号: XXX 指导教师: XXX 教师职称: 讲师中国矿业大学本科毕业设计开题报告
题目来源工程实际半桥LLC谐振变换器研究
1、研究目的和意义
开关电源是在电子、通信、电气、能源、航空航天、军事以及家电等领域应用都非常广泛的一种电力电子装置。它具有电能转换效率高、体积小、重量轻、控制精度高和快速性好等优点, 因此越来越受到各种电子设备的青睐。开关电源作为现代电子系统不可缺少的组成部分, 其开关频率正不断提高, 其技术性能直接影响到各种电子设备的使用和发展。
开关电源的核心部分是功率变换器。目前, 隔离型变换器的拓扑结构主要有正激式、反激式、推挽式和谐振式等。其中, 谐振式变换器具有效率高、输出纹波小、滤波简单、负载可调范围大等特点。
谐振变换器是由开关管加上谐振LC电路构成的，它使流过开关管的电流变为正弦波而不是方波。然后设法使开关管在正弦电流过零处导通和关断，从而大大降低了开关损耗。同时，相对硬开关PWM变换器,具有开关频率高、关断损耗小、效率高、重量轻、体积小、EMI噪声小、开关应力小等优点。所以，研究谐振变换器对开关电源的发展有很大的意义。
2、国内外发展情况(文献综述)
谐振型开关变换器是伴随着电力电子技术的发展趋势产生的。硬开关方式的效率会随着开关频率的提高而降低，解决该问题变得非常重要。80 年代初期，谐振变换器得到了快速的发展。作为一种软开关电路，谐振变换器能有效的解决高频率时的低效率问题，得到了国外的研究者关注和重视。
最先得到发展是 LC 串联谐振变换器(SRC)。这一时间的研究成果非常突出，优秀的论文非常多。在研究初期，一些学者给出了 SRC 谐振变换器的拓扑结构阵、稳定分析方法、小信号分析、控制方法和设计方法;随后一些学者开始关注另一种拓扑结构 LC 并联谐振变换器 (PRC)，研究了 PRC 的拓扑结构、稳态分析方法、小信号模型、控制方法，也给了一些设计方法。经过多年的研究，研究者己充分掌握 SRC 和 PRC 的工作特性，在对 SRC 和 PRC 进行变频控制时，它们都有比较突出的缺点。SRC 是空载不可调，轻载对频率不敏感;PRC 是谐振环路内的能量比较大，对变换器的效率有很大影响，另外，在输入电压较高时，开关损耗较大。一些研究者都想结合二者的优点，回避二者的缺点，想找到一种更优秀的拓扑结构。
在 90 年左右研究者提出多种谐振拓扑结构，都是多谐振电路(谐振网络不再是仅有 LC 构成的)，有的是三阶的，也有四阶的，甚至更高阶的。最受研究者关注是 LCC 谐振变换器。在 90 年初期，进入了一个新的研究高潮。研究者对 LCC 谐振变换器，进行深入的研究。同样作为三阶的 LLC 谐振变换器却没有得到充分重视，其原因如下:一方面，90 年代分布式电源系统的概念还没有被提出来，对于输入电压的变化问题没有足够关注;另一方面，LCC 谐振变换器在很窄的频率范围内能实现负载从满载到空载的调节，并能够实现软开关技术，保证了谐振变换器的效率。2000 年之后，分布式电源系统得到了广泛重视，输入电压在短时间内丢失时，仍能保证负载的正常工作，研究者开始重新研究 LLC 谐振变换器2003 年之
后，LLC 谐振变换器成为国内研究的热点。LLC 谐振变换器比传统的谐振变换器拓扑结构更为复杂，理论研究的难度增大。研究的热点主要集中在以下几个方面:
1) LLC 谐振变换器拓扑结构的研究，怎样合理选择参数，获得更优的工作性能;
2)建立能够更容易理解和掌握，并能直接应用于补偿器设计的小信号模型; 3)实现更高的频率，进而提高功率密度，缩小变换器的体积。
通过实验得出LLC 谐振变换器主要有以下优点:
1)在零到全负载范围内具有 ZVS 功能，且 MOSFET 关断电流低，关断损耗低;
2)高输入电压下具有高效率，可以在正常工作条件下对变换器进行最优化
设计;
3)变换器次级没有滤波电感，输出整流二极管的电压应力低，能减少到两倍的输出电压;
4)变换器的磁性器件能很容易的集成到一颗磁芯上。并且变压器的励磁电感和漏感也能被利用;
5) LLC 谐振变换器能在输入电压和负载变化范围都很大的情况下，有良好的电压调节特性。
6)LLC 谐振变换器中的 MOS 管可实现 ZVS，二极管可实现 ZCS。
3、研究/设计的目标:
设计一个半桥LLC谐振变换器。
主要设计内容:
1. 了解LLC谐振技术及其的应用前景;
2. 学习半桥LLC谐振变换器技术;
3. 学习Saber仿真软件，并使用Saber仿真软件分析DC-DC变换器;
4. 完成实验硬件电路设计，并对电力电子器件、检测元件等选型;
4、设计方案(研究/设计方法、理论分析、计算、实验方法和步骤等):
本文主要学习研究了半桥LLC谐振变换器拓扑结构，并通过saber软件仿真来验证所设计的半桥LLC谐振变换器。研究方案如下:
(1)分析对比几种常规谐振变换器的优缺点。
(2)着重介绍半桥LLC谐振变换器，其拓扑结构框图如下:
(3)半桥LLC谐振变换器的参数设计。
(4)电路设计于仿真实验。
5、方案的可行性分析:
LLC谐振电路是一个变频控制电路，所以选用具有两路隔离输出的变频控制芯片L6599来控制，驱动MOSFET，实现电路。
6、该设计的创新之处
(1)(2)
7、设计产品的主要用途和应用领域:
近代电子设备的发展，对开关电源提出了高频化、小型化、低噪声以及高功率密度等方面要求。因为谐振变换器具有高效、高开关频率、高功率密度的特点，正
成为研究的重点。LLC谐振变换器因为能在全负载范围内实现软开关这个优点，得到了越来越广泛的应用。本设计产品主要应用在通讯用开关电源;电控机械设备，显示屏，安防监控系统等。
开关电源技术属于电力电子技术，它运用功率变换器进行电能变换，经过变换电能，可以满足各种用电要求。由于其高效节能可带来巨大经济效益，因而引起社会各方面的重视而得到迅速推广。
开关电源的使用为国家节省了大量铜材、钢材和占地面积。由于变换效率提高，能耗减少，降低了电源周围环境的室温，改善了工作人员的环境。我国邮电通信部门广泛采用开关电源极大地推动了它在其它领域的广泛应用。值得指出的是，近两年来出现的电力系统直流操作电源，是针对国家投资4000亿元用于城网、农网的供电工程改造、提高输配电供电质量而推出的，它已开始采用开关电源以取代传统的相控电源。国内一些通信公司如中兴通讯等均已相继推出系列产品。
8、时间进程:
第1周确定设计题目
第2周搜集相关资料
第3周根据收集的资料设定总体的设计方案
第4周初步确定设计任务，撰写开题报告并准备答辩
第5周不断根据资料学习开始设计电路图
第6周分别设计各部分的电路图
第7周根据设计要求计算并确定各芯片参数及型号
第8周完成各部分的连接设计，确定设计图
第9周开始撰写论文
第10周购买所需元件别着手开始做实物
第11周做实物作品
第12周调试各个设计目标
第13周根据调试结果对作品作相应修改
第14周系统整体调试.
第15周翻译并整理论文
第16周准备答辩
9、参考文献:
1. 王志强. 开关电源设计(第二版). 北京电子工业出版社, 2005.
2. 孙树朴，李明等.电力电子技术徐州中国矿业大学出版社,2000
3. 张占松、蔡宣三编著.开关电源的原理与设计.电子工业出版社，1999
4. 赵修科. 开关电源中磁性元器件南京南京航空航天大学自动化学院, 2004.
5. 王瑞华. 电子变压器设计手册. 北京: 科学出版社, 1993.
指导教师意见: 毕业设计领导小组意见:
教师签字: 组长签字:
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