文章目录
前言
本文提供LCC谐振变换器的部分设计过程，供需要的人参考
一、DC/DC谐振变换器设计指标
以上设计只针对变换器工作在额定电压1000V，额定功率1000W，额定电流1A，额定负载1000Ω为满载的情况下的，如果需要使变换器能够在不同的负载电流情况下，实现软开关的功能，则需要运用调频控制的手段。目前可以通过从128.2kHz提高频率可实现降压调节，减少频率可实现升压调节，升压调节需要谨慎，器件的暂态峰值电压电流会变大。（实际并联电容取值0.047uF）
最终设计出来的变换器样机如上图所示，经过测试，1000W额定输出时，效率93%以上，稳定工作。
二、谐振电路特点分析
1.串联谐振变换器
在谐振变换器拓扑中，串联谐振变换器（Series Resonant Converter，SRC）的优点是：
①轻载时输入侧环流小，变换效率高；
②谐振电容可以起到隔直电容的作用，防止变压器直流磁化。具有抗负载短路的能力。谐振电流随负载的减小而减小，减小了轻载时的器件的导通损耗。
它的缺点是：
①变压器匝比为1时，电压传输比小于1；
②采用变频控制工作在电感电流连续模式时，在空载情况下无法控制输出电压。
2.并联谐振变换器
并联谐振变换器（Parallel Resonant Converter，PRC）的优点是：
①变压器匝比为1时，电压传输比可以大于1；
②采用变频控制工作在电感电流连续模式时，在空载情况下可以控制输出电压。具有抗负载开路的能力，谐振电流与负载状态无关，当负载变化时，流经开关管的电流基本不变，降低了轻载时的效率。
它的缺点是：
①轻载时输入侧环流大，变换效率低；
②需加入隔直电容防止变压器直流磁化。
3.串并联谐振变换器
又称作LCC谐振变换器，它结合了SRC和PRC各自的优点，同时克服了它们的缺点，受到了广泛的关注。
4.串并联谐振变换器电路特点分析
在高压电源中，高压变压器是关键构成部分，由于它二次侧匝数很多，二次侧对一次侧的匝比很大，因此呈现出较大的寄生参数，如漏感和绕组电容（二次侧折算到一次侧的分布电容）。如果将高压变压器直接应用在PWM变换器中，那么漏感的存在会产生较高的电压尖峰，损坏功率器件，绕组电容的存在会使变换器有较大的环流，降低了变换器的效率。
LCC谐振变换器可以利用变压器中漏感和分布电容作为谐振元件，从而减少元件的数量，减小变换器的体积。因此它适用于高压直流电源中。同时谐振变换器可以实现开关管零电压或零电流的开通与关断，降低EMI噪声，减小开关损耗，提高开关频率，降低变换器的体积。
LCC谐振变换器将变压器寄生参数作为谐振参数参与工作，将次级存在的层间电容折算到初级作为谐振电容。将初级的漏感作为谐振电感，LCC谐振变换器可以实现全负载范围内初级开关管的零电压开通，次级开关管的零电流关断，减小开关损耗，降低谐振变换器电磁干扰。若提高开关变换器的开关频率，将进一步提高变换器的功率密度。
LCC谐振变换器根据其谐振电感电流的状态可以分为CCM(Continuous current mode)和DCM(Discontinuous current mode)两种模式。
1、开关频率小于谐振频率一半：谐振电流响应波形如图。在器件开通的时刻，由于谐振电感的存在，电流缓慢地上升，属于零电流开通。谐振回路在半个开关周期内会完成一个完整的谐振响应。在电流响应的正半波，起通流作用的是全控器件本身，而在电流负半波时候，起通流作用的是器件的反并联二极管，在此期间器件可以实现零电流、零电压的关断。主器件和二极管都关断之后谐振回路将停止工作，这种形式的工作模式称为LCC的断续电流模式，器件整体上呈现ZCS软开关。需要注意的是，该电流的基波虽然为开关频率次，但是含有幅值较大的谐振频率次谐波，波形的正弦畸变严重，应用基波近似法分析该状态的谐振变换器会有较大的误差。
2、开关频率大于谐振频率一半，小于谐振频率：谐振电流响应波形如图b。由于电感的存在，在开通时刻器件上会有较高的电流，属于硬开通，开通损耗较大。而器件关断的时刻位于反并联二极管通流阶段，因此可以实现零电流、零电压的关断。这种状态下的电流波形是连续的，近似为正弦，但是谐振电流超前激励电压，谐振回路整体呈容性。在器件开通初始时刻，电流在同侧器件的反并联二极管中流过，开通瞬间谐振换流和反并联二极管反向恢复同时发生，容易引起直流母线的上下直通。为了变换器的可靠运行，连续电流容性状态的工作模式因尽量避免。
3、谐振电流响应波形如图c。在器件开通初始时刻，电流在自身的反并联二极管中流过，因此开通的时候是零电流、零电压开通。随着谐振响应的继续，电流从负半波到正半波，并在正半波期间关断。由于器件结电容的存在，器件端电压缓慢上升，实现了零电压关断。这种状态下电流波形同样是连续且近似正弦的，但是谐振电流滞后激励电压，谐振回路整体呈感性，器件可以实现ZVS软开关。
5.宽输出电压范围设计宗旨
宽输出电压范围的设计宗旨是在尽量小的开管频率变化范围内实现全负载范围初级开关管的零电压开通，次级开关管的零电流关断。
如上图所示，图为不同谐振网络品质因数Q时的归一化输入输出电压增益曲线，其中
。从上图可以看出，输入电压固定时，负载越轻，谐振变换器电压增益越大。
三、电容型滤波LCC谐振变换器设计
开关频率高于谐振频率，谐振变换器工作在电感电流连续模式，电感电流在一个周期内近似为正弦。
在选取θ时，要考虑到它对并联电容Cp容值和品质因数Q的影响。对于LCC谐振变换器而言，Q较大时变换器呈现串联谐振变换器的特性，它的特点是负载减小时输入电流随之减小。因此希望变换器在满载时Q较大，这样轻载时输入侧环流小，轻载效率高。当轻载时，希望变换器呈现并联谐振变换器特性，它的特点是能够以较窄的开关频率变化范围控制输出电压。而并联谐振电容Cp越大，变换器呈现的并联谐振特性越显著，所需的开关频率变化范围越小。然而据研究可知，θ的取值无法同时满足Q和Cp都较大，这表明θ的选择必须兼顾到轻载的输入环流和开关频率变化范围两方面，两者之间需要折衷考虑