【摘 要】
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随着信息技术的蓬勃发展,由电网供电的AC/DC电源被广泛应用于通信、服务器和数据中心等领域,其通常由PFC变换器、隔离DC/DC变换器和EMI滤波器三个部分组成,其中大部分DC/DC变换器都采用LLC谐振拓扑。虽然LLC谐振拓扑能够实现原边开关管的零电压开通和副边整流管的零电流关断,具有良好的软开关特性,但是由于变压器的层间电容会传递严重的共模噪声,导致EMI滤波器的体积占比仍在五分之一左右。为提
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随着信息技术的蓬勃发展,由电网供电的AC/DC电源被广泛应用于通信、服务器和数据中心等领域,其通常由PFC变换器、隔离DC/DC变换器和EMI滤波器三个部分组成,其中大部分DC/DC变换器都采用LLC谐振拓扑。虽然LLC谐振拓扑能够实现原边开关管的零电压开通和副边整流管的零电流关断,具有良好的软开关特性,但是由于变压器的层间电容会传递严重的共模噪声,导致EMI滤波器的体积占比仍在五分之一左右。为提高整机的功率密度,减小EMI滤波器的体积,需要减小LLC谐振变换器的共模噪声,为此本文进行了以下研究。首先,针对采用盘式利兹线和PCB绕组混叠式变压器的半桥LLC谐振变换器,本文从变压器优化设计的角度对共模噪声传导路径进行了研究,并尝试了不同的抑制方法。首先建立了LLC谐振变换器的共模等效模型,通过分析绕组上dv/dt分布,设计了一种共模噪声最小的绕组排布方式。在此基础上,本文提出了一种改进式屏蔽法以抑制原副边绕组间的共模噪声。此外,本文还采用了外加屏蔽罩和插入屏蔽层的方法以抑制绕组与磁芯间的共模噪声。最后设计了一台样机对上述不同方法进行了实验验证。为了进一步提高功率密度,变换器频率通常被推高至兆赫兹并采用PCB绕组变压器。但是,PCB平面变压器由于层间电容更大,其共模噪声也更严重,不仅会导致变换器无法正常工作,甚至会干扰损毁周围仪器设备。因此兆赫兹LLC谐振变换器的共模噪声问题也亟需解决。针对采用全PCB绕组平面变压器的兆赫兹半桥LLC谐振变换器,由于原副边绕组通常完全交错以减小涡流损耗,此时采用屏蔽绕组会导致变压器结构复杂并大幅降低PCB利用率,因此本文从拓扑优化设计和控制策略优化设计的角度对共模噪声进行了抑制。首先本文通过傅里叶分解得到了影响共模噪声的关键因素是绕组上的最大电压变化量。在此基础上,文中提出了一种静点构造法,将原边拆分为多个半桥拓扑并串联以减小每个半桥拓扑中绕组上的最大电压变化量。此外,对采用静点构造法搭建的输入串联输出并联的LLC谐振变换器,本文采用了多种交错并联优化控制策略进一步抑制了变换器的共模噪声。最后设计了一台样机进行了实验验证。
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