LLC串联谐振全桥变换器的研究分析

《基于LLC谐振的双向全桥DC-DC变换器的研究》篇一一、引言随着电力电子技术的快速发展，DC-DC变换器在电力系统中扮演着越来越重要的角色。

其中，基于LLC（L-C-C）谐振的双向全桥DC-DC变换器因其高效率、低电压电流应力、软开关等优点，在新能源汽车、可再生能源系统、储能系统等领域得到了广泛应用。

本文旨在研究基于LLC谐振的双向全桥DC-DC变换器的工作原理、设计方法及性能分析。

二、LLC谐振的基本原理LLC谐振变换器是一种采用电感（L）、电容（C）和电容（C）谐振的DC-DC变换器。

其基本原理是利用谐振电路中的电感和电容进行能量传递，通过调节谐振频率和输入电压来实现输出电压的稳定。

在LLC谐振变换器中，全桥电路用于实现能量的双向传递。

三、双向全桥DC-DC变换器的设计3.1 拓扑结构双向全桥DC-DC变换器主要由两个全桥电路、谐振电感、谐振电容以及整流电路等部分组成。

其中，两个全桥电路分别负责能量的输入和输出，通过控制开关管的通断来实现能量的传递。

3.2 设计步骤设计双向全桥DC-DC变换器时，首先需要根据应用需求确定输入输出电压范围、功率等级等参数。

然后，根据参数选择合适的电感、电容等元件，并确定谐振频率。

接着，设计全桥电路的开关管和控制策略，以保证能量的高效传递。

最后，进行仿真和实验验证，对设计进行优化。

四、性能分析4.1 效率分析LLC谐振的双向全桥DC-DC变换器具有高效率的特点。

在谐振状态下，开关管的电压电流应力较低，损耗较小。

此外，软开关技术进一步降低了开关损耗，提高了整体效率。

4.2 稳定性分析该变换器具有较好的输入输出电压稳定性。

通过调节谐振频率和输入电压，可以实现输出电压的快速调整和稳定。

此外，双向全桥电路的设计使得能量可以在两个方向传递，提高了系统的灵活性和可靠性。

五、实验验证及结果分析为了验证基于LLC谐振的双向全桥DC-DC变换器的性能，我们搭建了实验平台并进行了一系列实验。

LLC串联谐振全桥DCDC变换器的研究移相全桥和LLC区别LLC串联谐振全桥DC-DC变换器是一种高效率的电力转换器，在许多应用中被广泛使用。

它可以实现高频率的电力转换，并具有快速的动态响应和低噪声特性。

与传统的移相全桥变换器相比，LLC变换器具有以下几点不同之处。

首先，移相全桥变换器是一种自振变换器，它的输出电压和输入电压之间的变换是通过改变谐振电感的相位来实现的。

这种变换方式能够提供高效率，但在高转换比时可能会出现电压换流问题。

而LLC变换器采用串联谐振网络，可以消除电压换流问题，并且提供更稳定的输出电压。

其次，移相全桥变换器的控制方式是通过改变谐振电感的频率来控制输出电压和输入电压之间的变换。

这种频率调制可以实现精确的电压调节，但需要更复杂的控制算法。

而LLC变换器采用谐振电容和谐振电感的并联谐振，能够通过改变谐振频率来实现精确的电压调节。

同时，LLC变换器的控制方式更简单，可轻松实现开环或闭环控制。

此外，LLC变换器还具有更低的开关损耗和更高的功率密度。

由于谐振网络可以在零电压或零电流点进行开关切换，因此LLC变换器的开关频率可以设置得相对较高，从而减少开关损耗。

与此同时，LLC变换器的谐振网络能够实现较高的功率密度，因为它可以有效地利用电流和电压的变化。

最后，LLC变换器还具有较低的EMI噪声和较少的谐振峰。

由于LLC变换器采用谐振网络，可以在零电压或零电流点进行开关切换，从而减少开关干扰和EMI噪声。

与此同时，LLC变换器还能够通过调节谐振频率来抑制谐振峰，从而减少谐振峰对系统的影响。

综上所述，LLC串联谐振全桥DC-DC变换器相对于传统的移相全桥变换器具有更稳定的输出电压、更简单的控制方式、更低的开关损耗和更高的功率密度。

因此，在高效率、高转换比和高功率密度的应用中，LLC变换器通常是更为理想的选择。

全桥LLC 串联谐振变换器的原理1全桥LLC 串联谐振变换器的等效电路本文定义由L r 、C r 组成的LC 电路的谐振频率为：)2/(1r r r C L f π=L r 、L m 、C r 组成的LLC 电路谐振频率为：))(2/(1r m r m C L L f +=π（1）输出整流部分的等效电路：为了方便计算，假设滤波电容C f 够大，则输出电压没有纹波；又假设变压器是没有损耗的并且原边励磁电流是一个规则的正弦电流，这样副边二极管交替导通并且是零电流关断。

图2.2副边整流部分设开关的角频率为s ω，由于原边的输入电压V in 输入电流p i 有相同的相位，所以)sin()(1ϕω-≈t I t i s p p 变压器原边输入电压的幅值为nV 0，周期为s s f T /1=并且是方波信号。

当p i 大于零时，DR 1导通，当i p 小于零时，DR 2导通。

把V p 展开，得：)(sin 14)(...5,3,1ϕωπ-∑=∞=t n n nV t V s n o p 同理可得基波分量为：（1-1）（1-2）(1-3)(1-4))sin(4)(1ϕωπ-=t nV t V s op 由公式（1-3）、（1-5）可得等效电阻为：1114)sin()sin(4)()(p os p s op p ac I nV t I t nV t i t V R πϕωϕωπ=--==输出电流I o 为：πϕω12/012)sin(2p T s p s o nIdt t nI T I s =-=⎰电路中实际负载为：12p oo o L nI V I VR π==所以由（1-6）、（1-8）可得等效电阻为：Lac R nR 228π=（2）变换器等效电路图图2.3变换器交流等效电路图由图可知，假设输入有效值E in ，输出有效值是E 0，可得：inin V E π2=oo V n E π2=所以输入阻抗为：acm ac m r r j s in R s L R s L s C s L s Z s +⋅++==1)(ω传递函数H 为：(1-5)（1-6）（1-7）（1-8）（1-9）（1-10）（1-11）（1-12）ac m rr ac m in o j s R s L s C s L R s L E E s H s //1//)(++===ω定义特征阻抗为：rr r r r r o C f L f C L Z ππ212===品质因数为：Lo ac o R n Z R ZQ 228π==谐振频率为：rr r C L f ⋅=π21电感归一化量为：rmL LK =联立（1-13）、（1-14）、（1-15）、（1-16）、（1-17）得：sL r r in o j s C fR n f f j f fK E E s H s ππω218)1(1(111)(222222-+-+===即：Qff f f j f f K s H r r r j s s )()1(111)(22-+-+==ω又因为：inoinoin o V Vn V V n E E ⋅=⋅⋅⋅=ππ22所以：（1-13）（1-14）（1-15）（1-16）（1-17）（1-18）（1-19）（1-20）Qf fj f f K n E E n V V rr in o in o )()1(1111122+-+⋅=⋅=得到V o 与开关频率f 、输入电压V in 之间的关系为：inr r r o V Q ff f f f f K n V 22222()1(1111-+⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+=所以输出增益o in V V Gain /=为：2222)1()11(111),,(Q f f f K K Q f Gain nn n n -+⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+=其中r n f f f /=。

LLC串联谐振全桥DCDC变换器的研究LLC串联谐振全桥DC/DC变换器的工作原理是将全桥拓扑结构与LLC 谐振拓扑结构相结合。

变换器的输入端采用全桥结构，输出端采用谐振电路结构。

在输入端，通过控制两个辅助开关的开通和关闭，实现了相对零电压开关和相对零电流开关。

在输出端，谐振电路由电容、电感和电阻构成，通过控制开关管的导通和关断，实现了谐振振荡。

通过这样的工作原理，LLC串联谐振全桥DC/DC变换器可以实现高效率的功率转换。

LLC串联谐振全桥DC/DC变换器具有一系列优点。

首先，由于采用了全桥结构，输入电压范围广泛，可以适应各种不同的电源。

其次，由于采用了LLC谐振结构，能够实现高效并且低噪音的输出。

此外，该变换器还具有可调性好、响应速度快、波形质量高、设计简单等优点。

在研究LLC串联谐振全桥DC/DC变换器时，可以从以下几个方面进行深入研究：1.拓扑结构设计：根据应用需求，设计适合的LLC串联谐振全桥DC/DC变换器拓扑结构，选择合适的电阻、电容和电感等元器件。

2.开关管选择与控制：选择合适的开关管，并设计合理的开关管控制策略，实现零电流开关和零电压开关。

3.谐振电路设计：设计合适的谐振电路，包括电容、电感和电阻的参数选择，以及谐振频率和谐振频率范围的确定。

4.功率转换效率研究：研究LLC串联谐振全桥DC/DC变换器的功率转换效率，分析其与输入电压、输出电压、负载等因素的关系，优化变换器性能。

5.控制策略研究：研究合适的控制策略，实现LLC串联谐振全桥DC/DC变换器的稳定工作，提高系统动态响应性能。

除了理论研究，还可以进行仿真和实验验证。

利用软件仿真工具，如Matlab/Simulink、PSIM等，进行LLC串联谐振全桥DC/DC变换器的性能分析和优化。

并且利用实验平台，搭建LLC串联谐振全桥DC/DC变换器的实验系统，验证理论研究成果的正确性。

总结来说，LLC串联谐振全桥DC/DC变换器是一种高效率、高性能的直流-直流变换器。

全桥LLC谐振变换器的参数分析与研究作者：黄森刘军徐忠良唐刚来源：《科技创新与应用》2017年第23期摘要：全桥LLC谐振变换器以软开关、高效率等特性，广泛应用在中大功率DC/DC变换器。

文章详细分析了全桥LLC谐振变换器拓扑的工作原理，并运用基频分量法讨论了L、C等参数对谐振变换器的影响。

结果分析表明，励磁电感Lm选取较大值时，变换器的传输损耗较小。

关键词：LLC谐振变换器；基频分量法；电压增益；参数中图分类号：TM131.4+1 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）23-0001-03引言移相全桥变换器在直流变换中应用广泛，但是存在次级二极管关断时反向恢复严重的特点[1]。

所以，在中大功率DC/DC变换的应用中，全桥LLC谐振变换器以能在宽输入全负载范围内实现原边开关管的零电压开通和副边整流二极管的零电流关断，降低了开关损耗，而且变压器的漏感可作为谐振电感，减小了变换器的体积等优点，成为当前谐振变换器[2]的研究热点。

文章详细分析了通态状态下全桥LLC谐振变换器的工作状态，并运用基频分量法[3][4]对其进行稳态建模，详细讨论了电压增益和谐振网络参数对全桥LLC谐振变换器的影响。

1 全桥LLC谐振变换器的工作原理和主要波形全桥LLC谐振变换器拓扑结构如图1所示，图中，Q1-Q4为主功率开关管，D1-D4，C1-C4为开关管的体二极管与寄生电容，T为主功率变压器，DR1和DR2为输出整流二极管，谐振电感Lr，谐振电容Cr和励磁电感Lm组成LLC谐振变换器的谐振网络。

LLC谐振变换器电路有两个谐振频率，一个是谐振电感Lr和谐振电容Cr的谐振频率fr，另一个是Lm和Lr，Cr形成的谐振频率fm。

即选取不同的全桥LLC谐振变换器开关频率f，则有三种工作模式，即f>fr，fm阶段1（t0-t1）：在t=t0时刻之前，Q1，Q3的寄生反并联二极管D1，D3已经导通，因此，在t=t0时刻，Q1，Q3实现零电压开通。

《基于LLC谐振的双向全桥DC-DC变换器的研究》篇一一、引言随着电力电子技术的不断发展，DC-DC变换器作为电力转换的核心设备，其性能的优劣直接影响到整个系统的运行效率和稳定性。

近年来，基于LLC（L-C-L）谐振的双向全桥DC-DC变换器因其高效率、低损耗、宽电压范围等优点，在新能源、电动汽车、储能系统等领域得到了广泛的应用。

本文旨在研究基于LLC 谐振的双向全桥DC-DC变换器的原理、设计及优化方法，为实际应用提供理论依据。

二、LLC谐振变换器的基本原理LLC谐振变换器是一种采用谐振原理进行能量传递的DC-DC 变换器。

其基本结构包括输入电源、全桥逆变电路、谐振腔（包括L1、L2、C）和输出整流电路。

当开关管工作时，通过控制开关管的通断，使逆变电路输出高频方波电压，与谐振腔中的电感、电容发生谐振，从而实现能量的传递和转换。

三、双向全桥DC-DC变换器的设计双向全桥DC-DC变换器是在LLC谐振变换器的基础上，增加了反向能量传输的功能。

其设计主要涉及到主电路参数的设计、控制策略的制定以及驱动电路的设计等方面。

1. 主电路参数设计：主要包括输入电压范围、输出电压范围、功率等级等参数的确定，以及谐振腔中电感、电容的选取和计算。

2. 控制策略的制定：针对双向全桥DC-DC变换器的特点，制定合适的控制策略，如移相控制、PWM控制等，以实现能量的高效传输和系统的稳定运行。

3. 驱动电路的设计：为了保证开关管的正常工作，需要设计合适的驱动电路，包括驱动电源的选择、驱动电路的拓扑结构等。

四、优化方法及性能分析针对基于LLC谐振的双向全桥DC-DC变换器，可以从以下几个方面进行优化：1. 优化谐振腔的设计：通过调整电感、电容的参数，使系统在更宽的输入电压范围内实现谐振，从而提高系统的效率和稳定性。

2. 改进控制策略：根据实际需求，采用更先进的控制策略，如数字控制、智能控制等，以提高系统的动态响应速度和精度。

LLC谐振转换器之分析飞兆半导体特稿2009年6月LLC谐振转换器之分析作者：飞兆半导体欧洲功率转换及工业产品市场开发经理Jon Harper 引言/摘要全球对降低能耗的需求正在促进节能技术的推广。

在70W - 500W交流输入电源中，由于LLC谐振转换器(效率通常在90%以上) 的效率高于标准电源拓扑，所以其运用越来越广泛。

本文阐释了谐振转换器高效的原因，并探讨了LLC谐振转换器的功能和优势，最后简要分析了一个采用FSFR2100 LLC谐振转换器的电源。

采用谐振转换器的理由把能耗降至最低有许多好处：减少温室气体排放；减少不可再生能源的使用，以及降低运行电源的生命周期成本。

电源节能倡议不仅建议或规定不同负载条件下电源的效率，而且还包括了对待机功耗的要求。

在美国加州，50W以上的外部适配器的满负载效率必须大于85%。

80PLUS等自愿性倡议要求电源在20%、50%和100%不同负载条件下的效率都大于80%。

而欧盟正在对20大类产品进行评估，旨在于整个欧洲范围内推出节能规范，在其它地区的既有规范和自愿性标准预计将对欧盟规范有重大影响。

功率因数校正(PFC) 前端是电源常用的一项额外功能，例如80PLUS倡议就要求采用PFC的功能。

PFC可以节省耗电量，避免建筑物内第三阶谐波电流造成的一些问题，而PFC电路一般能产生380V-400V左右的恒定电压，这种窄输入电压范围大大有利于谐振拓扑的采用。

以往，前级临界连续Boost升压PFC和后级双管正激拓补，都是100W – 300W功率因数校正电源的首选拓扑，这种情况直到最近才有所改变。

这种拓扑简明易懂，是隔离型降压拓扑(正激拓扑) 的衍生结构，利用两个晶体管代替一个晶体管，可尽量减小晶体管成本，简化变压器设计。

此外，这种拓扑能够处理很宽的输入电压范围，具有很好的轻负载调节性能。

不过，它需要一个很大的输出电感，在大负载条件下的效率低于谐振转换器。

谐振转换器中的零电压开关谐振转换器的高效率优势源于它采用了零电压开关 (ZVS) 技术 [注1]。

双向全桥LLC谐振变换器的研究共3篇双向全桥LLC谐振变换器的研究1双向全桥LLC谐振变换器是一种适用于大功率DC/DC变换的高效率变换器，近年来备受关注。

在电力电子领域，LLC谐振变换器已成为一种重要的研究方向，尤其是LLC谐振变换器的双向全桥拓扑。

本文将基于双向全桥LLC谐振变换器的特点，从原理、控制策略、仿真分析和实验验证四个方面，对该变换器的研究进行系统性的分析探究。

1. 双向全桥LLC谐振变换器的原理双向全桥LLC谐振变换器由变压器、全桥电路、电容等组成。

其原理是在电容电压反向时，谐振电路中的电感感应出反向电压与电容电压抵消，使得全桥电路中只剩下电感与负载电阻并联，在高效运转的同时，迅速转换功率方向。

2. 双向全桥LLC谐振变换器的控制策略双向全桥LLC谐振变换器的控制策略包括电流控制与电压控制两种方式。

其中，电流控制策略适用于高功率应用场景，通过对电感电流进行反馈控制，实现电流输出调整。

电压控制策略适用于低功率应用场景，通过对电容电压进行反馈控制，实现输出电压稳定。

3. 双向全桥LLC谐振变换器的仿真分析利用PSIM等仿真软件进行双向全桥LLC谐振变换器的仿真分析，可以得到其工作特点、效率和控制策略的性能参数。

仿真结果表明，在满足一定设计要求下，双向全桥LLC谐振变换器可以实现高效稳定的转换功率，同时保证输出电压波形的质量和电压调整速度。

4. 双向全桥LLC谐振变换器的实验验证通过实验平台搭建，结合传统单向LLC谐振变换器的对比实验，对双向全桥LLC谐振变换器的实际运行状况进行验证。

实验结果表明，双向全桥LLC谐振变换器在高功率环境下具有很好的电压稳定性和转换效率，同时也可以实现较高的调整速度和响应速度。

综上所述，双向全桥LLC谐振变换器具有很高的实用价值和研究前景。

未来研究可以进一步探究其在大功率应用场景下的特性和控制策略的优化，进一步提升其性能和应用效果，推动电力电子的发展和应用双向全桥LLC谐振变换器是一种具有高效稳定性的电力电子变换器，适用于高功率和低功率应用场景。