llc串联谐振电源【字数：11006】
随着时代的快速发展，开关电源向着高频化，模块化的方向发展。所需的元器件少，效率高此类的开关电源有着很多种，但是LLC串联谐振电源凭借着它的软开关技术在满足以上所有要求时拥有着独特的优势。因此本文设计了这款120W的半桥LLC串联谐振电源系统。本系统分为前级PFC功率因素调整器、后级LLC谐振电路两个部分。前级部分采用了boost升压电路为主电路，通过IR1155芯片来控制输出电压的稳定性，使输出电压稳定直流400V。后级系统中利用L6599芯片来控制MOS管的驱动，保证主电路输入电压的稳定性；后级主电路中选择半桥谐振作为主拓扑结构，利用谐振时电压或者电流周期性的过零，从而使开关器件在零电压或者零电流的条件下开通或者关断，实现软开关作用，从而降低损耗，提高效率。
Key words: Series resonant boost circuit LLC PFC 目录
1.引言 1
1.1课题研究背景和意义 1
1.2开关电源的发展过程 1
1.3课题研究内容与任务 2
2.总体设计方案 3
3.PFC主电路设计 5
3.1PFC主电路拓扑结构 5
3.2硬件设计和选型 5
3.2.1boost电感设计 7
3.2.2boost快恢复二极管的设计 7
3.2.3MOS管的选择 7
3.2.4输入滤波电容的选择 7
3.2.5输出滤波电容的选择 8
4.PFC控制电路设计 9
4.1PFC电路的单周期控制方法 9
4.2IR1155组成和工作原理 9
4.3IR1155输出电压控制电路设计 11
4.3.1电流采样电路设计 11
4.3.2输出电压分压器设计 11
4.3.3过电压检测电路设计 12
4.3.4开关频率选择 12
4.4PFC模块损耗计算 12
5.半桥LLC谐振电源设计 14
5.1半桥LLC谐振变换器工作原理 14
5.2谐振网络设计 17
5.2.1LLC谐振电路的主功率参数设计 18 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
5.2.2变压器设计 20
5.2.3谐振电感的设计 20
5.2.4谐振电容的设计 21
5.3谐振频率控制电路设计 21
5.4LLC模块损耗计算 23
6.整机调试 26
6.1PFC功率因素调整电路波形分析 26
6.2LLC模块波形分析 26
6.3LLC串联谐振电源的整机效率测试 27
7.总结与展望 30
参考文献 31
附录 32
致谢 35
1.引言
1.1课题研究背景和意义
随着时代的发展，开发高频化、集成化、模块化的开关电源也成了研究的重中之重。新的高频功率半导体的发展使的有可能实现开关电源高频化，从而使中小型的开关电源工作频率达到400KHZ到1MHZ。软开关技术的出现，使高效率、高频开关变换器有着实现的可能。传统的PWM开关电源中使用的是硬开关工作模式，这样就会产生很大的损耗，所以提出了零电压或零电流开关技术，也称软开关技术。
目前，PFC技术主要分为有源PFC技术和无源PFC技术，PFC技术可以提高交直流变换器的输入输出功率因素和降低高次谐波污染到电网。有源功率因素校正技术的发展已经提高了AC/DC转换器的功率因素。由于输入端具有整流电容器件，该AC/DC开关电源的功率因素仅为0.65，而采用了有源功率因素可以提高到0.9~0.95，这改善了开关电源的功率因素。
在传统功率电子技术中，控制部分是按模拟信号来设计和工作的。在六、七十年代，电力电子技术完全是建立在模拟电路基础上的。但是，现在数字信号、数字电路显得越来越重要，数字信号处理技术日趋完善成熟，显示出越来越多的优点：便于计算机处理控制、避免模拟信号的畸变失真、减小杂散信号的干扰(提高抗干扰能力)、便于软件包调试和遥感遥测遥调，也便于自诊断、容错技术的植入。
1.2开关电源的发展过程
开关电源是一种电源，其使用现代电力电子技术当开关被接通和关断，以控制的时间的比率，并保持稳定的输出电压。该开关电源通常由脉宽调制（PWM）控制IC和MOSFET的。随着时代的发展和电力电子技术的创新，开关电源技术的不断创新。有两种类型的现代的开关电源的：一种是DC开关电源;另一种是一个AC开关电源。
在20世纪80年代，计算机电源全面实现了开关电源，并先完成了计算机。在20世纪90年代，开关电源已经进入电子和电气设备的各个领域。在21世纪，在市场上的开关电源的功率管大多采用双极晶体管和开关频率可以达到几十kHz;开关电源采用MOSFET的开关频率可以达到几百兆赫。为了提高开关频率，必须使用高速开关器件。 。谐振电路可以被用于与上述兆赫的开关频率的电源。这种操作模式被称为谐振开关模式。它可以大大提高开关速度。从理论上讲，开关损耗为零，噪音小。这是为了提高开关电源的工作频率的方式。
1.3课题研究内容与任务
本论文的设计要求是设计一款LLC串联谐振电源，能够实现220V交流电压转换成12V直流电压的功能，同时要求输出功率为120W，效率控制在90%左右的一个谐振电源。本系统将分为前后级两部分，前级是能利用IR1155芯片来控制直流升压的功率因素调整器；后级是利用L6599芯片来控制MOS管达到输出稳定的作用。
本文主要完成的工作如下：
分析目前常用的几种拓扑结构，从中选出一种为直流升压的主拓扑。
设计PFC模块的主电路，并且计算和选择元器件。
（3）分析了PFC电路的工作原理，选用IR1155芯片为PFC模块的控制芯片，设计芯片的外围电路，计算并选择磁性元件以及电路的元器件。
（4）分析LLC半桥谐振电路在各个时间的工作特性和状态，分析了LLC谐振变换器的工作原理和工作过程，说明LLC谐振变换器是一种具有布线简单、成本低、性能稳定和可靠性高的优点。
Key words: Series resonant boost circuit LLC PFC 目录
1.引言 1
1.1课题研究背景和意义 1
1.2开关电源的发展过程 1
1.3课题研究内容与任务 2
2.总体设计方案 3
3.PFC主电路设计 5
3.1PFC主电路拓扑结构 5
3.2硬件设计和选型 5
3.2.1boost电感设计 7
3.2.2boost快恢复二极管的设计 7
3.2.3MOS管的选择 7
3.2.4输入滤波电容的选择 7
3.2.5输出滤波电容的选择 8
4.PFC控制电路设计 9
4.1PFC电路的单周期控制方法 9
4.2IR1155组成和工作原理 9
4.3IR1155输出电压控制电路设计 11
4.3.1电流采样电路设计 11
4.3.2输出电压分压器设计 11
4.3.3过电压检测电路设计 12
4.3.4开关频率选择 12
4.4PFC模块损耗计算 12
5.半桥LLC谐振电源设计 14
5.1半桥LLC谐振变换器工作原理 14
5.2谐振网络设计 17
5.2.1LLC谐振电路的主功率参数设计 18 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
5.2.2变压器设计 20
5.2.3谐振电感的设计 20
5.2.4谐振电容的设计 21
5.3谐振频率控制电路设计 21
5.4LLC模块损耗计算 23
6.整机调试 26
6.1PFC功率因素调整电路波形分析 26
6.2LLC模块波形分析 26
6.3LLC串联谐振电源的整机效率测试 27
7.总结与展望 30
参考文献 31
附录 32
致谢 35
1.引言
1.1课题研究背景和意义
随着时代的发展，开发高频化、集成化、模块化的开关电源也成了研究的重中之重。新的高频功率半导体的发展使的有可能实现开关电源高频化，从而使中小型的开关电源工作频率达到400KHZ到1MHZ。软开关技术的出现，使高效率、高频开关变换器有着实现的可能。传统的PWM开关电源中使用的是硬开关工作模式，这样就会产生很大的损耗，所以提出了零电压或零电流开关技术，也称软开关技术。
目前，PFC技术主要分为有源PFC技术和无源PFC技术，PFC技术可以提高交直流变换器的输入输出功率因素和降低高次谐波污染到电网。有源功率因素校正技术的发展已经提高了AC/DC转换器的功率因素。由于输入端具有整流电容器件，该AC/DC开关电源的功率因素仅为0.65，而采用了有源功率因素可以提高到0.9~0.95，这改善了开关电源的功率因素。
在传统功率电子技术中，控制部分是按模拟信号来设计和工作的。在六、七十年代，电力电子技术完全是建立在模拟电路基础上的。但是，现在数字信号、数字电路显得越来越重要，数字信号处理技术日趋完善成熟，显示出越来越多的优点：便于计算机处理控制、避免模拟信号的畸变失真、减小杂散信号的干扰(提高抗干扰能力)、便于软件包调试和遥感遥测遥调，也便于自诊断、容错技术的植入。
1.2开关电源的发展过程
开关电源是一种电源，其使用现代电力电子技术当开关被接通和关断，以控制的时间的比率，并保持稳定的输出电压。该开关电源通常由脉宽调制（PWM）控制IC和MOSFET的。随着时代的发展和电力电子技术的创新，开关电源技术的不断创新。有两种类型的现代的开关电源的：一种是DC开关电源;另一种是一个AC开关电源。
在20世纪80年代，计算机电源全面实现了开关电源，并先完成了计算机。在20世纪90年代，开关电源已经进入电子和电气设备的各个领域。在21世纪，在市场上的开关电源的功率管大多采用双极晶体管和开关频率可以达到几十kHz;开关电源采用MOSFET的开关频率可以达到几百兆赫。为了提高开关频率，必须使用高速开关器件。 。谐振电路可以被用于与上述兆赫的开关频率的电源。这种操作模式被称为谐振开关模式。它可以大大提高开关速度。从理论上讲，开关损耗为零，噪音小。这是为了提高开关电源的工作频率的方式。
1.3课题研究内容与任务
本论文的设计要求是设计一款LLC串联谐振电源，能够实现220V交流电压转换成12V直流电压的功能，同时要求输出功率为120W，效率控制在90%左右的一个谐振电源。本系统将分为前后级两部分，前级是能利用IR1155芯片来控制直流升压的功率因素调整器；后级是利用L6599芯片来控制MOS管达到输出稳定的作用。
本文主要完成的工作如下：
分析目前常用的几种拓扑结构，从中选出一种为直流升压的主拓扑。
设计PFC模块的主电路，并且计算和选择元器件。
（3）分析了PFC电路的工作原理，选用IR1155芯片为PFC模块的控制芯片，设计芯片的外围电路，计算并选择磁性元件以及电路的元器件。
（4）分析LLC半桥谐振电路在各个时间的工作特性和状态，分析了LLC谐振变换器的工作原理和工作过程，说明LLC谐振变换器是一种具有布线简单、成本低、性能稳定和可靠性高的优点。
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