文档介绍：开关频率为1MHz的多谐振变换器       摘要:分析了一种非常适合工作在超高频下的多谐振DC/DC变换器。该变换器的所有开关管工作在ZVS状态下,所有整流二极管工作在ZCS状态下。该变换器结构简单,整个变换器只需一颗磁元件。并详细分析了该变换器的超高频适应性。一个135V输入,54V/3A输出,开关频率高于1MHz的样机验证了它的工作原理和超高频适应性。%。   关键词:多谐振;软开关;变换器引言轻小化是目前电源产品追求的目标。而提高开关频率可以减小电感、电容等元件的体积。但是开关频率提高的瓶颈是开关器件的开关损耗,于是软开关技术就应运而生。目前应用软开关技术,变换器开关频率已经可以很轻松地超过100kHz。软开关电路可以分为缓冲型和控制型两种。缓冲型软开关拓扑往往附加了很多额外的线路,增加了成本,降低了可靠性,难以让用户接受。控制型软开关不增加主电路的元器件,通过合理设计控制电路来实现软开关,比较容易让用户采用。目前,成熟的控制型软开关电路并不多,典型的有移相全桥[1]、不对称半桥[2]等。这些都是PWM型的变换器,通过边缘谐振来实现软开关,能够降低开关损耗而基本不增加电压或电流的有效值。然而,这一类电路很难真正地做到所有半导体器件(包括开关管和二极管)的软开关。例如,移相全桥和不对称半桥的整流二极管都是硬关断的,有很严重的反向恢复问题。所以,这些电路无法工作在更高的开关频率。因此,当开关频率要进一步提高时,还是比较适合用谐振型变换器。下面提出了一种多谐振的DC/DC变换器,开关频率超过了1MHz。该变换器的所有半导体器件都实现了软开关,是超高频变换器的一个很好的选择。1工作原理图1所示是半桥结构的LLC串联多谐振变换器:两个主开关S1和S2构成一个半桥结构,其驱动信号是占空比固定50%的互补信号,通过改变开关频率来实现输出电压的恒定。因此,这类谐振型变换器也可以归类于控制型软开关电路。电感Ls、电容Cs和变压器的励磁电感Lm构成一个LLC谐振网络。该谐振网络连接在半桥的中点与地之间,因此,谐振电容Cs也起到隔直电容的作用。在输出侧,整流二极管D1和D2构成中心抽头的整流电路,整流二极管直接连接到输出电容Co上。图1LC的本征谐振频率定义为本文所述的LLC串联多谐振变换器的开关频率范围为fm<f<fs。在下面的分析中,Co被认为是无穷大而以恒压源Vo代替,主开关具有反向并联的二极管。该变换器的一个开关周期可以分为6个工作阶段,其等效电路如图2所示。相应的工作波形如图3所示。6个工作阶段的工作原理如下。图2各阶段等效电路1)阶段1〔t0~t1〕在t0时刻S2关断,谐振电流ir对S1的输出电容放电,S1的漏-源电压vds1开始下降,当vds1下降到零,S1的体二极管导通。输入电压加在LLC串联回路上。在副边,变压器绕组的极性为上正下负,D1导通,Lm的电压被输出电压Vo钳位,谐振实际上发生在Ls与Cs之间,Lm上的电流im线性上升。2)阶段2〔t1~t2〕在t1时刻S1在零电压条件下开通。im继续线性上升,ir流经S1并以正弦波形式逐渐上升。流过D1的输出电流为谐振电流与励磁电流之差。开关周期大于Ls与Cs的谐振周期,因此,在ir经过半个谐振周期后,S1仍然处于开通状态。当ir下降到与im相等时,D1电流因过零而关