PAGE基于半匝線圈的LLC諧振變換器的仿真研究目錄TOC\o"1-3"\h\u20639第一章緒論 -2-262971.1研究背景 -2-138651.2研究目的與意義 -3-267701.3國內(nèi)外文獻(xiàn)綜述 -4-116111.3.1LLC諧振變換器的發(fā)展歷程 -4-205841.3.2LLC諧振變換器的分析方法研究 -5-170801.3.3LLC諧振變換器的應(yīng)用研究 -5-26411.4研究主要內(nèi)容 -5-13051.4.1研究思路 -5-226481.4.2主要研究內(nèi)容 -7-10730第二章相關(guān)基礎(chǔ)理論及變換器的工作原理 -8-201852.1諧振變換器的分類與優(yōu)勢對比 -8-246842.1.1串聯(lián)諧振變換器 -8-15382.1.2并聯(lián)諧振變換器 -8-133122.1.3串并聯(lián)諧振變換器 -9-12042.2LLC諧振變換器的工作原理 -9-76182.2.1電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) -9-80772.2.2工作原理及模態(tài)分析 -10-10235第三章基于半匝線圈的LLC諧振變換器的仿真分析 -15-182263.1LLC諧振變換器結(jié)構(gòu)分析 -15-230973.1.1主要結(jié)構(gòu) -15-165253.1.2工作過程分析 -16-69243.2參數(shù)設(shè)置 -16-245913.3仿真結(jié)果與分析 -17-237323.4本章小結(jié) -21-26665第四章基于半匝線圈的LLC諧振變換器的實(shí)驗(yàn)研究 -22-215804.1變換器參數(shù)介紹 -22-277284.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 -22-141274.3本章小結(jié) -24-25921第五章總結(jié)與展望 -24-63175.1全文總結(jié) -24-185425.2不足與展望 -25-第一章緒論1.1研究背景功率轉(zhuǎn)換器就是對功率進(jìn)行收集管理，將收集到的功率通過某種設(shè)備進(jìn)行傳遞，傳遞過程中按照使用需求對功率進(jìn)行轉(zhuǎn)換的一種機(jī)器。如圖1.1所示，功率轉(zhuǎn)換器在大多數(shù)家庭用電設(shè)備中都能發(fā)揮作用。通過功率轉(zhuǎn)換器可以根據(jù)使用需求實(shí)現(xiàn)不同功率之間的相互轉(zhuǎn)換，電動機(jī)可以通過轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)利用比較小的功率來提供較大的轉(zhuǎn)距；在照明裝置中可以實(shí)現(xiàn)利用小的三極管推動大功率三極管，使其能有更大輸出功率；可以實(shí)現(xiàn)利用小的中間繼電器推動大的接觸器，使得繼電器可以承載更大的負(fù)荷等。由于功率轉(zhuǎn)換器無論在工業(yè)生產(chǎn)制造、人類日?；顒又?，還是在科學(xué)研究領(lǐng)域，都具有一定的研究和應(yīng)用價值，國內(nèi)外諸多工程師和科研工作者都對功率轉(zhuǎn)換器及其內(nèi)部元件進(jìn)行了研究，對功率轉(zhuǎn)化器的性能實(shí)現(xiàn)優(yōu)化升級，以保持功率轉(zhuǎn)換器能夠適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)時代，并推動物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)更進(jìn)一步。（a）繼電器（b）電動機(jī)圖1.1功率變換器的應(yīng)用設(shè)備功率轉(zhuǎn)換器由諸多電子元件組成，其中線圈是功率變換器的核心。當(dāng)前大多功率變換器中采用的都是傳統(tǒng)連續(xù)式線圈，采用這種線圈設(shè)計和繞制方法不僅增大了材料的使用量，而且使用效率也比較低。隨意本文研究了一種半匝線圈在LLC諧振功率變換器中的設(shè)計方法，在不影響原有功率變換器的整體要素排列與功能屬性的基礎(chǔ)上，提高LLC諧振功率變換器的穩(wěn)定性與功率轉(zhuǎn)換效率。1.2研究目的與意義圖1.2為LLC諧振功率變換器的學(xué)科分布情況，由此可見LLC諧振功率變換器的學(xué)科分布于電力行業(yè)、汽車工業(yè)、電信技術(shù)等諸多學(xué)術(shù)領(lǐng)域，由此可見，對LLC諧振功率變換器進(jìn)行研究具有一定的理論價值。圖1.2LLC諧振功率變換器的學(xué)科分布情況隨著電力電子技術(shù)日新月異的發(fā)展以及第四次工業(yè)革命的進(jìn)一步深入，龐大的電力系統(tǒng)每天需要消耗大量的能量與功率，如果可以按照使用需求對能量和功率進(jìn)行有效地轉(zhuǎn)換，這樣物盡其用便可以極大的提高效率，從而減少能量消耗。功率變換技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)和人類生活等諸多領(lǐng)域起到極為重要的作為，所以可以拉動基于功率轉(zhuǎn)換器技術(shù)市場的需求增長。在新一輪工業(yè)革命的影響下，我國的制造業(yè)也迎來了新局面，從事工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營活動的企業(yè)希望通過功率變換技術(shù)對企業(yè)的生產(chǎn)鏈和自動化流水線進(jìn)行改弦更張，從事信息技術(shù)服務(wù)的企業(yè)也希望借助功率變換技術(shù)進(jìn)軍制造業(yè)市場。隨著工業(yè)制造4.0概念的提出，功率變換技術(shù)與工業(yè)制造兩個領(lǐng)域珠聯(lián)璧合，在未來的技術(shù)市場中具有巨大的發(fā)展?jié)摿蛷V泛的應(yīng)用前景，符合“集成化、輕量化和高效化”的發(fā)展主題的功率變換器作為電力電子領(lǐng)域中較為重要的一個模塊，在工業(yè)生產(chǎn)制造和自動化控制體系中也將起著不可或缺的作用?；谝陨涎芯勘尘芭c研究意義，對LLC諧振功率變換器中半匝線圈的設(shè)計問題進(jìn)行研究，具有一定的理論意義與實(shí)際意義。1.3國內(nèi)外文獻(xiàn)綜述1.3.1LLC諧振變換器的發(fā)展歷程近年來，隨著電力電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，對于電力電子裝置及其元器件的需求趨于小型化、輕量化，目前主要是通過提高電路的頻率得以實(shí)現(xiàn)[1]。然而，傳統(tǒng)的硬開關(guān)變換器隨著電路頻率的提高，開關(guān)損耗提高、器件性能降低等問題隨之而來，軟開關(guān)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生[2]。軟開關(guān)技術(shù)就是通過在電路中增加諧振電感Lr和諧振電容Cr構(gòu)成諧振電路，使電路通路前電壓降到零，電路關(guān)閉前電流降為零，從而實(shí)現(xiàn)降低開關(guān)損耗、增強(qiáng)電路功率的效果[3-4]。文獻(xiàn)[5]認(rèn)為按照變換器中諧振槽路的不同組合方式，可以將諧振變換器分為串聯(lián)諧振變換器、并聯(lián)諧振變換器和串并聯(lián)諧振變換器等，而LLC諧振變換器屬于串并聯(lián)諧振變換器。早在二十世紀(jì)八十年代，LLC諧振變換器就被學(xué)者提出并得到廣泛關(guān)注，雖然其具有體積小、功耗低、效率高等優(yōu)點(diǎn)，但由于當(dāng)時相關(guān)技術(shù)有限，LLC諧振變換器并沒有得到廣泛研究與應(yīng)用[6-7]。二十一世紀(jì)之后，電子元器件行業(yè)在種類、容量及性能上都得到了進(jìn)一步完善，國內(nèi)外對于LLC諧振變換器的研究熱情空前高漲[8]，主要研究議題包括：1）LLC諧振變換器與其他變換器的優(yōu)劣對比；2）LLC諧振變換器的器件參數(shù)選型；3）LL諧振電路控制策略與研究方法等。1.3.2LLC諧振變換器的分析方法研究韋玉麒（2019）在研究磁控制技術(shù)在LLC諧振變換器中的應(yīng)用時，總結(jié)歸納了現(xiàn)有的四種分析方式——基波分析法、部分因數(shù)修正分析法、完整因素修正分析法和時域分析法[9]?；ǚ治龇ㄕJ(rèn)為在變換器電路中只有諧振槽路中的電壓和電流能夠憑借“基波”傳輸能量[10-11]。為了提高研究LLC諧振變換器過程中的分析精度，IvenskyG等（2011）修正了副邊電路在斷續(xù)區(qū)間的的負(fù)載，這種分析方式就是部分因數(shù)修正分析法[12]。與之相對應(yīng)的完整因素修正分析法，不僅對副邊電路進(jìn)行修正，而且將諧振槽路等均進(jìn)行適當(dāng)修正[13]，同時結(jié)合時域分析法。2019年，王菲菲等學(xué)者為提高CLLC雙向諧振變換器的轉(zhuǎn)換效率，利用時域分析法求解電路不同模態(tài)下的電壓增益，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其可行性[14]。1.3.3LLC諧振變換器的應(yīng)用研究LLC諧振變換器雖然兼有串聯(lián)LC和并聯(lián)LC的優(yōu)勢，但在電壓調(diào)節(jié)范圍上仍有所局限，為解決這一問題，國外學(xué)者提出了一種雙向CLLC諧振變換器，得到廣泛關(guān)注[15-16]。為了滿足新能源汽車充電機(jī)的需求，萬玉超（2015）基于TMS320F2808芯片，對變換器的控制系統(tǒng)及其功能模塊進(jìn)行設(shè)計，設(shè)計開發(fā)了一種大功率全橋LLC諧振變換器[17]。2018年，陳嘉怡設(shè)計了一種新型SiC器件LLC諧振變換器，仿真結(jié)果驗(yàn)證還變換器提高了開關(guān)管的性能并降低了開關(guān)管的損耗，滿足了在充電電源模塊的應(yīng)用[18]。針對海島環(huán)境下特種電源轉(zhuǎn)換的應(yīng)用背景，趙振興（2019）采用LLC簡諧振動變換拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，提出了一種新型IPOS多級電源解決方案，為惡劣環(huán)境下大功率直接特種電源的研究與應(yīng)用提供重要參考[19]。1.4研究主要內(nèi)容1.4.1研究思路在進(jìn)行本文的研究工作之前，首先需要了解LLC諧振功率變換器的基本知識、半匝技術(shù)的基本原理、LLC諧振功率變換器的模態(tài)分析過程以及相關(guān)研究工作目前的研究進(jìn)展；其次需要熟悉Saber電路仿真軟件的使用，對建立模型、參數(shù)設(shè)置和仿真過程熟稔于心；然后需要結(jié)合實(shí)驗(yàn)環(huán)境，通過Saber電路仿真軟件對LLC諧振功率變換器的電路進(jìn)行仿真，并對結(jié)果進(jìn)行分析；最后設(shè)置實(shí)驗(yàn)方案，準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)器材并搭建實(shí)驗(yàn)臺，用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來驗(yàn)證仿真結(jié)果，對模型的精度進(jìn)行驗(yàn)證?；谏鲜鲅芯克悸?，繪制本文的技術(shù)路線圖，如圖1.2所示。圖1.2技術(shù)路線圖1.4.2主要研究內(nèi)容在電力電子技術(shù)如此發(fā)達(dá)的今天，電力系統(tǒng)是一個極為重要的領(lǐng)域，功率轉(zhuǎn)換技術(shù)不管對于個人還是群體都在潛移默化地發(fā)揮著作用。因此，研究LLC諧振功率變換器的硬件結(jié)構(gòu)、功率轉(zhuǎn)換的方式與方法與其磁性元件的線圈技術(shù)對于LLC諧振功率變換器的發(fā)展和應(yīng)用有著積極的促進(jìn)作用。本文的主要研究內(nèi)容如下：第一章主要陳述了研究LLC諧振功率變換器的背景、目的和意義，了解了LLC諧振功率變換器的應(yīng)用情況，對比中外工程師和科研工作者們對于LLC諧振功率變換器研究進(jìn)展，并簡要介紹了本文的研究思路和主要研究內(nèi)容；第二章介紹了LLC諧振功率變換器的基本理論和模態(tài)分析過程、半匝技術(shù)的基本理論和基本原理，并對電路仿真軟件Saber進(jìn)行了介紹，為下文仿真過程與實(shí)驗(yàn)過程提供了理論基礎(chǔ)；第三章利用Saber電路仿真軟件建立副邊為半匝線圈的LLC諧振功率變換器的電路模型，設(shè)置頻率、占空比、阻抗等關(guān)鍵參數(shù)，輸出電壓、效率、電壓波紋等仿真結(jié)果，并對結(jié)果進(jìn)行分析；第四章設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案，準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)器材并搭建實(shí)驗(yàn)臺，用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來驗(yàn)證仿真結(jié)果，對模型的精度進(jìn)行驗(yàn)證；第五章對全文的研究工作進(jìn)行了總結(jié)，分析研究工作中存在的問題和不足，并對這些尚存在的問題提出對未來工作的展望。

第二章相關(guān)基礎(chǔ)理論及變換器的工作原理2.1諧振變換器的分類與優(yōu)勢對比諧振變換器又稱為諧振轉(zhuǎn)換器，其實(shí)質(zhì)是在電路中實(shí)現(xiàn)電容與電感內(nèi)電能總和的恒定，并互相轉(zhuǎn)化或補(bǔ)償，從而減小開關(guān)損耗。目前，諧振變換器主要包括以下三種：2.1.1串聯(lián)諧振變換器圖2.1串聯(lián)諧振變換器如圖2.1所示，串聯(lián)諧振變換器中，諧振電容Cr與諧振電感Lr串聯(lián)構(gòu)成LC諧振槽路，并與負(fù)載串聯(lián)構(gòu)成一種串聯(lián)電路。此時，諧振槽路的電壓增益始終小于1，且可通過調(diào)節(jié)開關(guān)管的工作頻率可調(diào)節(jié)諧振槽路的阻抗，當(dāng)頻率相等時阻抗最小，電壓最大。2.1.2并聯(lián)諧振變換器圖2.2并聯(lián)諧振變換器如圖2.2所示，串聯(lián)諧振變換器中，諧振電容Cr與諧振電感Lr并聯(lián)構(gòu)成LC諧振槽路，并與負(fù)載并聯(lián)構(gòu)成一種串聯(lián)電路。此時，開關(guān)管的工作頻率只要有較小的變動，即可實(shí)現(xiàn)對諧振槽路的較大調(diào)節(jié)。2.1.3串并聯(lián)諧振變換器串并聯(lián)諧振變換器可以理解為上述兩種變換器的結(jié)合，也兼具兩者的優(yōu)點(diǎn)，能夠靈活調(diào)節(jié)輸出電壓。目前，串并聯(lián)諧振變換器主要有LCC諧振變換器和LLC諧振變換器兩種，圖2.3和2.4分別為兩種變換器的電路圖。圖2.3LCC諧振變換器圖2.4LLC諧振變換器2.2LLC諧振變換器的工作原理根據(jù)電路所配置可控開關(guān)數(shù)量的不同，LLC諧振變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要全橋諧振變換器、對稱半橋諧振變換器、非對稱半橋諧振變換器三種。本節(jié)以全橋LLC諧振變換器、副邊全波整流為例，闡述說明LLC諧振變換器的工作原理，對稱與非對稱半橋LLC諧振變換器同樣適用。2.2.1電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2.5所示，傳統(tǒng)的全橋LLC諧振變換器主要由全橋逆變單元、諧振槽路、整流電路等共同組成。其中，諧振槽路由三個諧振元器件組成——諧振電感Lr、諧振電容Cr和勵磁電感Lm。圖2.5全橋LLC諧振變換的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由于輸出電壓Vo不一定能夠箝拉變壓器原邊電壓，使得Lm不一定發(fā)生諧振[20]，因此LLC諧振變換器工作過程中存在兩種不同的頻率——串聯(lián)諧振頻率fr和串并聯(lián)諧振頻率fm，且fr>fm，表示為： （2-1） （2-2）2.2.2工作原理及模態(tài)分析根據(jù)變換器工作頻率fs與fr、fm之間的關(guān)系，可將LLC諧振變換器的工作模態(tài)分為以下三種：（1）當(dāng)工作頻率fs<fr時圖2.6為該頻率段變換器工作的主要信號波形，其中，iLr、iLm、i0分別為諧振電流、勵磁電流、副邊整流二極管邊的電流，g1,4、g2,3是開關(guān)管的驅(qū)動信號。如圖2.7所示，通過模擬分析LLC諧振變換器在各個時段的電路（紅線表示電路流通），不難發(fā)現(xiàn)整流二極管副邊D12的電流在t1時降為0，并持續(xù)到t5。根據(jù)上述分析可知，LLC諧振變換器在工作頻率fs<fr時，可在斷續(xù)區(qū)間實(shí)現(xiàn)零電流開關(guān)（ZCS）。圖2.6當(dāng)fs<fr時變換器的主要信號波形(a)t0-t1時段(b)t1-t2時段(c)t2-t3時段(d)t2-t3時段充放電完成(e)t3-t4時段(f)t4-t5時段(g)t5-t6時段(h)t5-t6時段充放電完成圖2.7當(dāng)fs<fr時各個時段的模擬電路（2）當(dāng)工作頻率fs=fr時該頻率段變換器工作的主要信號波形如圖2-10所示，與工作頻率fs>fr時，輸出電壓V始終箝拉變壓器原邊電壓，但整流二極管副邊的電流在t2和t5時刻自然續(xù)流到0。也可以理解為，恰逢LLC諧振變換器開關(guān)管斷開時刻，iLr=iLm，整流二極管副邊的電流處于連續(xù)區(qū)間與斷續(xù)區(qū)間的臨界狀態(tài)。根據(jù)上述分析可知，LLC諧振變換器在工作頻率fs=fr時，可在臨界通導(dǎo)區(qū)間實(shí)現(xiàn)ZCS[21]。圖2.8當(dāng)fs=fr時變換器的主要信號波形（3）當(dāng)工作頻率fs>fr時該工作頻率下，LLC諧頻變換器工作的主要信號波形如圖2.8所示，各個時段的模擬電路如圖2.9所示，輸出電壓V始終箝拉變壓器原邊電壓，諧振電路僅由Lr、Cr組成，LLC諧振變換器等同于串聯(lián)諧諧振變換器變換器。同時，在連續(xù)區(qū)間哪，開關(guān)管實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)（ZVS）；在死區(qū)時間（如t2-t3時段）內(nèi)，整流二極管副邊D12的電流沒有被截斷，沒有實(shí)現(xiàn)ZCS，即為硬開關(guān)。圖2.9當(dāng)fs>fr時變換器的主要信號波形(a)t0-t1時段(b)t1-t2時段(c)t2時刻(d)t2-t3時段(e)t3-t4時段(f)t4-t5時段(g)t5時刻(h)t5-t6時段圖2.10當(dāng)fs>fr時各個時段的模擬電路

第三章基于半匝線圈的LLC諧振變換器的仿真分析3.1LLC諧振變換器結(jié)構(gòu)分析3.1.1主要結(jié)構(gòu)LLC諧振功率變換器的整體電路結(jié)構(gòu)如圖3.1所示。主要結(jié)構(gòu)包括S1和S2兩個開關(guān)三極管組成的開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，脈沖變壓器的初級電感Lm、原邊漏感Lr和諧振電容Cr組成的諧振網(wǎng)絡(luò)。副邊結(jié)構(gòu)為Do1、Do2、Do3、Do4組成的整流網(wǎng)絡(luò)，其中Ds1和Ds2為金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管S1和S2的內(nèi)部寄生二極管，C0為輸出電容。圖3.1LLC諧振功率變換器的電路結(jié)構(gòu)模型本文中的LLC諧振功率變換器的整體電路包括fs和fr兩個諧振頻率。fs諧振頻率是當(dāng)原邊漏感和諧振電容出現(xiàn)簡諧振動時，脈沖變壓器的初級電感電壓受到限制，脈沖變壓器的初級電感便不參與簡諧振動時的頻率；fr諧振頻率是當(dāng)原邊漏感、諧振電容和脈沖變壓器的初級電感三者同時發(fā)生簡諧振動時間的頻率。fs和fr兩個諧振頻率的表達(dá)式如下： （3-1） （3-2）本章中LLC諧振功率變換器的電路主要由PFM控制芯片、隔離芯片、功率開關(guān)管等元器件組成，圖3.1為LLC諧振功率變換器中各個元件的模型型號介紹。表3.1主要仿真模型模型名稱模型型號PFM控制芯片隔離芯片功率開關(guān)管變壓器整流二極管UC3863U4N35Ixfk44n50TransformerMue3060pt_sl3.1.2工作過程分析（1）LLC諧振功率變換器的開關(guān)頻率小于fr時，實(shí)現(xiàn)原邊功率開關(guān)三極管的零電壓開通這一操作較為困難，對于電路以及開關(guān)三極管的影響較大；（2）LLC諧振功率變換器的開關(guān)頻率在fs和fr之間時，可以實(shí)現(xiàn)原邊功率開關(guān)三極管的零電壓開通，對于電路以及開關(guān)三極管的影響和損耗較小。此時整流二極管處于斷續(xù)工作狀態(tài)，整流二極管在進(jìn)行電路關(guān)斷時電路中便不會有電流，對于電路和整流二極管的影響和損耗較小，LLC諧振功率變換器的工作效率較高；（3）LLC諧振功率變換器的開關(guān)頻率大于fs時，整流二極管處于連續(xù)工作狀態(tài)，整流二極管在進(jìn)行電路關(guān)斷時電路中仍有電流，對于電路和整流二極管的影響和損耗較大，LLC諧振功率變換器的工作效率較低。3.2參數(shù)設(shè)置本章對LLC諧振變換器電路進(jìn)行仿真所使用的軟件為Saber，其具有集成度高、仿真精度高、模塊化和層次化等特點(diǎn)。在進(jìn)行仿真之前，需要對仿真參數(shù)和電子元件的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。在直流變換電路中，輸出濾波電容會影響到電路達(dá)到穩(wěn)態(tài)所需時長，所以在設(shè)置電容的初始值時需將其數(shù)值控制下穩(wěn)態(tài)電壓之下，本文的仿真時間設(shè)置為5ms；一般而言，仿真步長要小于開關(guān)周期，并且在數(shù)值上要小于開關(guān)周期的三百分之一，本文電路中的仿真步長設(shè)置為10ns；本文電路中的截斷誤差設(shè)置為0.00001。仿真時要對輸入電壓、原邊漏感、諧振電容、勵磁電感、占空比、品質(zhì)因數(shù)開關(guān)頻率和諧振頻率等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，輸入的參數(shù)不同，會產(chǎn)生不同的仿真結(jié)果。圖3.2為參數(shù)設(shè)置界面。圖3.2參數(shù)設(shè)置界面3.3仿真結(jié)果與分析（1）Q為0.2，f為70kHz時表3.2Q為0.2，f為70kHz時的參數(shù)設(shè)置輸入名稱輸入值輸入電壓原邊漏感諧振電容勵磁電感R48V18uF100nF60uH500當(dāng)參數(shù)設(shè)置如表3.2所示時，輸入電壓為48V，原邊漏感為18uF，諧振電容為100nF，勵磁電感為60uH，R為500時，開關(guān)頻率為70kHz，諧振頻率為118kHz，品質(zhì)因數(shù)為0.2。當(dāng)品質(zhì)因數(shù)比較小的時候，如果LLC諧振功率變換器的開關(guān)頻率小于串聯(lián)諧振頻率，放大電路對輸入信號的放大能力呈增長的趨勢，功率開關(guān)三極管可以實(shí)現(xiàn)零電壓開通，整流二極管在進(jìn)行電路關(guān)斷時電路中便不會有電流產(chǎn)生。此時，會出現(xiàn)如圖3.3所示的仿真波形圖。圖3.3Q為0.2，f為70kHz時的仿真波形圖（2）Q為2，f為70kHz時表3.3Q為2，f為70kHz時的參數(shù)設(shè)置輸入名稱輸入值輸入電壓原邊漏感諧振電容勵磁電感R48V18uF100nF60uH50當(dāng)參數(shù)設(shè)置如表3.3所示時，輸入電壓為48V，原邊漏感為18uF，諧振電容為100nF，勵磁電感為60uH，R為50時，開關(guān)頻率為70kHz，諧振頻率為118kHz，品質(zhì)因數(shù)為2。當(dāng)品質(zhì)因數(shù)較大的時候，如果LLC諧振功率變換器的開關(guān)頻率小于串聯(lián)諧振頻率，放大電路對輸入信號的放大能力呈降低的趨勢，功率開關(guān)三極管不可以實(shí)現(xiàn)零電壓開通，整流二極管在進(jìn)行電路關(guān)斷時電路中便不會有電流產(chǎn)生。此時會出現(xiàn)如圖3.4所示的仿真波形圖。圖3.4Q為2，f為70kHz時的仿真波形圖（3）f為30kHz時表3.4f為30kHz時的參數(shù)設(shè)置輸入名稱輸入值輸入電壓原邊漏感諧振電容勵磁電感R48V18uF100nF60uH300當(dāng)參數(shù)設(shè)置如表3.4所示時，輸入電壓為48V，原邊漏感為18uF，諧振電容為100nF，勵磁電感為60uH，R為300時，開關(guān)頻率為70kHz，諧振頻率為118kHz。如果LLC諧振功率變換器的工作頻率小于諧振頻率，不管品質(zhì)因數(shù)的數(shù)值等于多少，放大電路對輸入信號的放大能力都呈降低的趨勢，功率開關(guān)三極管不可以實(shí)現(xiàn)零電壓開通，整流二極管在進(jìn)行電路關(guān)斷和開通時電路中都不會有電流產(chǎn)生。此時會出現(xiàn)如圖3.5所示的仿真波形圖。圖3.5f為30kHz時的仿真波形圖（4）f為125kHz時表3.5f為125kHz時的參數(shù)設(shè)置輸入名稱輸入值輸入電壓原邊漏感諧振電容勵磁電感R48V18uF100nF60uH300當(dāng)參數(shù)設(shè)置如表3.5所示時，輸入電壓為48V，原邊漏感為18uF，諧振電容為100nF，勵磁電感為60uH，R為300時，開關(guān)頻率為125kHz，諧振頻率為118kHz。如果LLC諧振功率變換器的工作頻率大于諧振頻率，不管品質(zhì)因數(shù)的數(shù)值等于多少，頻率越大，放大電路對輸入信號的放大能力越小，功率開關(guān)三極管可以實(shí)現(xiàn)零電壓開通，整流二極管在進(jìn)行電路關(guān)斷時電路中仍會有電流產(chǎn)生。此時會出現(xiàn)如圖3.6所示的仿真波形圖。圖3.6f為125kHz時的仿真波形圖3.4本章小結(jié)本章基于Saber電路仿真軟件，對不同工作條件下的LLC諧振功率變換器進(jìn)行了仿真分析。對仿真結(jié)果進(jìn)行分析可以得知，當(dāng)開關(guān)頻率大于簡諧振動頻率時，隨著開關(guān)頻率增大，電壓增益在任何工作條件下均呈降低趨勢；當(dāng)開關(guān)頻率小于簡諧振動頻率并且品質(zhì)因數(shù)較小時，隨著開關(guān)頻率減小，電壓增益呈增長趨勢；當(dāng)開關(guān)頻率小于簡諧振動頻率并且品質(zhì)因數(shù)較大時，隨著開關(guān)頻率減小，電壓增益呈降低趨勢。

第四章基于半匝線圈的LLC諧振變換器的實(shí)驗(yàn)研究4.1變換器參數(shù)介紹圖4.1為功率變換器的實(shí)物圖，其設(shè)計指標(biāo)和元件參數(shù)如下。輸入電壓范圍30到40V，額定輸入電壓為35V，穩(wěn)定輸出電壓為10V，最大輸出功率為20W，諧振頻率為20kHz，最大工作頻率為30kHz。整流二極管的型號為FR307快恢復(fù)二極管，F(xiàn)R307可以承受1000V的耐壓實(shí)驗(yàn)，工作電流為3A，快恢復(fù)時間為500ns；輸出濾波電容的參數(shù)為1nF/50V；諧振電容的型號為CBB22，參數(shù)為1nF/400V；功率開關(guān)管的型號為CREE生產(chǎn)的CMF10120D。圖4.1功率變換器實(shí)物圖以防系統(tǒng)在啟動的時候出現(xiàn)電流過大而損壞電路的現(xiàn)象，同時以免出現(xiàn)進(jìn)入閉環(huán)導(dǎo)致沖擊的現(xiàn)象，在開機(jī)的時候先將開關(guān)頻率設(shè)置為30kHz，啟動占空比設(shè)置為0.1，并且在占空比增加至0.5時便停止增加。4.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析圖4.2（a）為開關(guān)頻率為20kHz時的諧振波形圖，圖4.2（b）為開關(guān)頻率為30kHz時的諧振波形圖。由圖中明顯可以看出，開關(guān)頻率為30kHz時，啟動電流較小。（a）開關(guān)頻率為20kHz（b）開關(guān)頻率為30kHz圖4.2啟動波形圖當(dāng)LLC諧振功率變換器的頻率不同時，實(shí)驗(yàn)結(jié)果均不同。當(dāng)開關(guān)頻率小