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。最先得到发展的是LC串联谐振变换器(SRC)、并联谐振变换器(PRC)。在90年左右,研究者又提出多种谐振拓扑结构,这些多谐振电路(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[6]。随着人们对谐振变换器要求越来越高,无论是SRC、PRC还是LCC都存在一些优缺点(论文在下一章将具体介绍),不能满足人们对谐振变换器的性能要求,于是又探索出了LLC型拓扑[7]的谐振电路。如上一节所说,LLC谐振变换器能够实现宽输入和全负载范围内原边开关管的零电压开通,负载端整流二极管容易实现零电流关断,开关损耗小,转换效率高,适用于电动汽车用DC/DC变换器。LLC谐振变换器与传统的PWM变换器相比,具体优势和特点详见以下几点:60986
由于性能响应很快,效率也很高,LLC谐振变换器已经广泛应用于小功率电源产品中。电源在使用LLC谐振型DC/DC拓扑时通常采用模拟控制,而模拟控制向数字化控制转变,可以使得电路的控制简化,提高系统的灵活性,智能化。有些专门的芯片公司也已经生产了此类控制芯片产品,不过其设计相对复杂、通用性不高、很难扩展[8],因此,并没有完全应用于实用工程技术中。但是LLC谐振DC/DC变换器数字化研究仍旧值得有实际意义。若采用数字控制芯片作为控制单元可以减少元器件数量,采用软件控制使得设计更加灵活,可以明显的提高LLC谐振DC/DC变换器的性能和集成度。下面例举了一个半桥LLC谐振DC/DC变换器数字控制实例:文献综述
南京理工大学的童辉在王克鸿教授的指导下运用基于DSP控制单元的TMS320F28033芯片对开关管的驱动电路进行设计,硬件控制方面分析了DSP一些主要的保护电路和外围驱动电路、电压、电流以及温度参数传感采集电路;软件控制方面简单介绍了基于数字信号处理技术的PWM生成原理,给出了系统软件的工作流程、数字PID控制器的实现方法以及实现电路保护功能的具体软件流程[8]。另外,在半桥LLC谐振DC/DC变换器的磁集成技术方面也取得一些理论上的成果。其中磁集成技术是将半桥LLC谐振变换器的3个磁性元件(Lr、Lm、变压器)集成在一个磁芯上,共用一个磁路,从而在减少磁性元件数量的同时,也能提高变换器的功率密度。在设计的变压器电感测试时,通过调整气隙的距离使集成变压器的漏感值与计算得激磁电感值近似。童辉学长的研究课题中即使集成变压器方法能够实现采用单一磁芯,省去一个磁元件,但在实际变压器设计中,很难控制谐振电感Lr的取值,所以此项技术还是有待继续研究。
在其他一些研究者的研究课题中又研究了更多的半桥LLC谐振DC/DC变换器拓扑及其应用:如多模块并联运行的分布式电源系统框图[9]。结构如图1.1 示,
图 1.1 并联电源系统框图
为保证模块间电应力、热应力的能够均匀分配,避免一台或多台模块运行在电流极限值,并联的开关变换器模块之间采用了均流措施[10]。