LCC谐振变换器参数设计的仿真研究魏巍

LCC谐振变换器参数设计的仿真研究魏巍

魏巍

（华东管道设计研究院有限公司江苏徐州221000）

摘要：本文利用交流分析法和基频分析法对基于DC/DC的LCC谐振网络进行了深入的探讨和分析。根据对系统参数的仿真研究，讨论了一种谐振网络参数的负载匹配和优化的方法，并予以验证。

关键词：LCC谐振变换器；稳态分析；仿真研究

中图分类号：TM464

1前言

随着社会工业化进程和现代化水平的不断提高，电力电子的发展也越来越迅猛。在这样的发展趋势下，基于软开关的负载谐振开关电源功率和频率的要求也逐步提高。

软开关技术可以减小甚至完全消除变换器中开关器件在开关过程中的开关损耗，提高变换器的效率，减小EMI，减小元器件的散热体积，大大减小装置的尺寸和重量，同时也提高了变换器工作的可靠性。利用负载谐振为开关器件提供软开关条件就是一种重要的形式。尤其在单相逆变器中，利用负载谐振电路实现的软开关变换器结构简单，控制容易，而且可以满足一些特殊电源的要求。LCC作为三阶负载谐振拓扑，具备二阶系统所不具备优点，也是三阶系统比较常见的拓扑形式，本文利用稳态分析法和基频分析法对基于DC/DC的LCC谐振网络进行了深入的探讨和分析。同时根据对系统参数的仿真研究，讨论了一种谐振网络参数的负载匹配和优化的方法。并通过对系统的仿真对分析结果予以验证。

2LCC串并联谐振变换器的原理分析

LCC串并联谐振变换器主电路结构如图1所示。Vin为交流电源，经过全波整流、电容滤波后的直流电压，四个功率管与谐振电感Lr串联谐振电容Cs联谐振电容Cp组成LCC串并联谐振变换器，负载Ro通过全波整流桥、高频功率变压器与并联谐振电容Cp并联。其中高频变压器变比为N：1。

(3)分析可以看出：

在Cp/Cs，θ和K一定时，fn和Q对电压转换比M的影响。可见，当Q越小，M的可调范围也就越大，而在Q一定的情况下，当fn在1附近时，M取得最大值。由之前分析可知，fn取值比1大，为了得到尽可能大的M，这里选定fn为1.2。同时可以看出，曲线随着Q的减小而变得尖锐，也就意味着其随负载的变化敏感度大。为了提高稳定性，Q值不宜选的过小。

在Cp/Cs，fn及θ一定时，M达到最大值以前，与K基本上呈线性关系，但在最大值以后，M与K呈非线性关系。当K约大于0.5时，Q值变化对M基本上没有影响。

在Cp/Cs，K及fn一定时，随着θ角由0O增加到180O时，M由最大值减小到零。

在K、ωs/ωr及θ一定时，M与Cp/Cs呈非线性关系，同时表明M的最大值随着Q值的增加，而向着Cp/Cs增大的方向移动。

（4）根据期望输出功率及电压，结合Cp/Cs，Q值对M的影响，可以初步确定Q和Cp/Cs，即确定Lr、Cp和Cs的值。

本文设计指标：(1)交流输入电压120V；(2)开关频率50KHz；(3)输出DC220V；(4)输出功率1kW左右(负载电阻RL=48.4Ω)

按照上述设计原则，选择了一组谐振参数：Lr=310μH；CS=2μF，CP=0.75μF以及高频变压器原副边匝比K=0.5

4仿真结果

根据以上指标及结果，对主电路进行了仿真，仿真结果如下图所示：

图2CC负载谐振槽路电压电流输出波形

5结论

本文利用交流分析法和基频分析法对基于DC/DC的LCC谐振网络进行了深入的探讨和分析。同时根据对系统参数的仿真研究，讨论了一种谐振网络参数的负载匹配和优化的方法。这种方法是基于对系统仿真分析，提出了谐振网络参数确定的一般原则，并通过对系统的仿真对分析结果予以验证。仿真结果表明这种方法对于LCC负载谐振变换器的负载匹配是非常有效的。

参考文献

[1]叶惠贞，杨兴洲.新颖开关稳压电源.国防工业出版社，1999.

[2]王兆安，黄俊.电力电子技术.机械工业出版社，2002.