基于半桥LLC谐振的AC-DC变换器研究与设计 .pdfVIP

基于半桥LLC谐振的AC-DC变换器研究与设计

吕清松;许宜申;倪兆麟;马仕哲

【期刊名称】《《电气技术》》

【年(卷),期】2019(020)010

【总页数】6页(P35-40)

【关键词】AC-DC变换器;软开关;半桥LLC谐振;同步整流;高效率

【作者】吕清松;许宜申;倪兆麟;马仕哲

【作者单位】苏州大学光电科学与工程学院江苏苏州215006

【正文语种】中文

随着能源紧缺问题日益严峻，如何有效提高功率变换器的效率、以缓解能源危机显

得尤为重要[1]。传统脉冲宽度调制（pulsewidthmodulation,PWM）功率变换

器采用硬开关技术，在开关管导通和关断的过程中，其漏源电压与电流波形存在一

定程度的交叠，从而造成较大的开关损耗。随着功率变换技术逐渐向高频化发展，

开关频率的增高使得这一问题显得日益突出[2]。

为了提高功率变换效率，国内外学者开展了大量研究工作。文献[3]设计了一种准

谐振反激式变换器，其输入交流电压范围为95～260V，但最高效率只能达到

86%。文献[4]在准谐振反激式变换器中引入同步整流技术，使得变换效率达到

88.3%。文献[5]提出了一种改进型零电压转换PWM软开关功率变换器，其采用

负载分段的方式实现电路软开关，变换效率可达91.5%。但对于AC-DC变换器而

言，上述设计方案在效率表现方面仍显不足。

LLC谐振变换器作为一种软开关技术，具备工作频率调整范围小、输入电压范围宽

等特点[6-7]。而且其可实现原边开关管的零电压开通（zerovoltageswitch,ZVS）

和副边整流二极管的零电流关断（zerocurrentswitch，ZCS），从而有效提升功

率变换效率。同时，其平滑变化的波形也有利于改善变换器的电磁兼容性能。

因此，本文结合当前AC-DC变换技术的发展趋势，加入有源功率因数校正

（activepowerfactorcorrection,APFC）的概念，即采用“APFC+半桥LLC”

两级电路结构，设计了一套适应宽范围电压输入、且具有高功率因数和高效率特点

的AC-DC变换器。系统样机测试结果表明，在全负载范围内的平均效率达到92%

以上，验证了所提方案的可行性和有效性。

系统总体设计方案如图1所示。交流输入电压经过电磁干扰（electromagnetic

interference,EMI）滤波、全桥整流后，进入升压型APFC单元进行功率因数校

正，并被提升为450V左右的直流电压；然后通过半桥LLC谐振电路和后级同步

整流电路实现直流高压的隔离转换；最后，通过输出滤波得到稳定的直流电压，实

现AC-DC变换。

功率因数校正（powerfactorcorrection,PFC）是减少电能浪费、提高电力电子

设备用电效率的重要措施[8-10]。本系统设计过程中，采用升压型有源功率因数校

正结构形式，在实现功率因数校正的同时，为后级半桥LLC谐振变换器提供相对

稳定的450V左右直流输入电压，以简化谐振网络参数的设计。

在电路设计中，选用TEA19162T集成芯片作为APFC级控制器，其主电路如图2

所示。

半桥LLC谐振变换器是在传统并联、串联谐振变换器以及半桥电路的基础上发展

起来的，其兼具串联和并联谐振变换器的优势，轻载效率较高且可以工作在空载状

态[11-12]。

1）原边PWM控制

原边PWM控制电路采用TEA19161T集成芯片进行设计，具体电路如图3所示。

APFC级输出的直流高压作为半桥LLC谐振电路的输入，LLC输出电压反馈信号与

芯片的FB引脚相连，经电流-电压转换后与内部误差比较放大器的基准电压值进

行比较，实现输出功率和运行模式的控制。其中，3种运行模式（即高功率、低功

率及突发模式）间的转换电平由芯片SET引脚及其外部电路进行设置。另外，芯

片CUR与CAP引脚通过外部网络连接到谐振电容Cr的上端，分别用于检测变压

器原边谐振电流和谐振电容电压。

2）副边同步整流

副边同步整流电路采用TEA1995集成芯片作为同步整流控