论文部分内容阅读
随着信息产业的发展,对电源的效率和功率密度的要求越来越高。比如,美国"80 PLUS"认证的钛金电源,要求全负载范围效率高于90%,半载效率高于96%。高频谐振DC-DC变换器具有电磁干扰(Electromagnetic Interference,EMI)小、效率高等优点,得到了广泛应用。LCC谐振变换器结合了串联谐振变换器(Series Resonant Converter,SRC)和并联谐振变换器(Parallel Resonant Converter,PRC)的特点,同时具有轻载效率高、输出电压纹波小等优点,在服务器电源等场合具有很大应用潜力。SRC和PRC变换器电路结构简单,理论研究已相当成熟,但LCC谐振变换器谐振元件较多,模态分析复杂,理论研究较少,时域分析无法得到解析表达式;基波分析法(Fundamental Harmonic Analysis,FHA)只考虑基波,并且简化了整流桥的等效模型,分析过程简单,但误差较大;扩展基波分析法(Extended Fundamental Harmonic Analysis,EFHA)同样只考虑基波,但建立了整流桥的精确等效模型,误差较小;高次谐波分析法(High Order Harmonic Analysis,HOHA)分别对各次谐波等效模型进行计算,理论上为精确分析方法,但需要数值解法才能得到最终结果。本文对比研究了四种主要的分析方法,详细研究推导过程并对比优缺点,为业界应用提供参考。LCC谐振变换器的工作特性,由各谐振元件参数以及变压器匝比共同决定,表达式繁琐,工作区域难以界定,参数设计复杂,因此,研究LCC谐振变换器的工作特性和关键指标优化策略具有重要意义。采用EFHA进行分析,明确变频控制和移相控制的LCC谐振变换器的工作区域,并结合MATLAB绘图,展示变换器的特性与参数之间的定性关系,指导变换器元件参数设计工作。移相控制LCC谐振变换器开关频率固定,噪声频谱窄,磁性元件容易设计,具有一定的应用价值。然而,轻载时移相控制LCC谐振变换器滞后桥臂开关管容易失去零电压导通(Zero Voltage Switch,ZVS)特性,针对这一问题,引入辅助谐振换流极(Auxiliary Resonant Commutated Pole,ARCP),提出了 ARCPLCC 谐振变换器。重载时,变换器自身能够实现ZVS,ARCP不工作;轻载时,ARCP投入工作,提供辅助电流,帮助滞后桥臂开关管实现ZVS。理论分析表明,ARCPLCC谐振变换器轻载效率比硬开关移相控制LCC谐振变换器效率高。最后,实验结果验证了理论分析的正确性。