基于LLC谐振变换器的可调光LED驱动电源的研究

1、声明本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文中作了明确的说明。研究生签名：王亟一氅沙璋孑月日学位论文使用授权声明南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送交并论文，按保密的有关规定和程序处理。汐彦年；月夕日授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对于保密研究生签名：硕士论文基于谐振变换器的可调光驱动电源的研

2、究摘要随着环境问题的日益严峻以及能源问题的日益紧张，世界各国都将节能减排作为当下最紧迫的任务。而照明用电在家用、商用电力消费中占有很大的比例，因而绿色照明越来越受到人们的重视。是一种电致发光的光电器件，它具有寿命长、效率高、节能环保等许多优点，因而它将是替代传统光源的理想的光源。本文从光电特性出发，详细分析了驱动电源所需满足的各项特性要求，分析了不同功率段的驱动电源所需的拓扑结构，最终给出了大功率电源的理想电路拓扑结构一谐振变换器。论文在分析驱动电源特性的基础上，首先分析了驱动电源常用的几种拓扑结构，总结出了谐振变换器的优点，详细地分析了谐振变换器在各个频率范围内的工作状态，并基于基波近似原理

3、深入分析了谐振变换器的各个参数的计算方法，结合本课题的要求，计算了实际的谐振变换器的参数并进行了实际样机的验证。同时，论文在调查分析了目前广泛使用的调光方法的基础上，设计了兼容于电压调光、电阻调光和调光的接口电路，以做到对目前调光器的兼容性。论文中还对功率因素校正电路进行了分析，设计了工作于连续模式的校正电路。文中采用了进行了恒流恒压电路的设计，同时对反馈补偿网络进行了设计。最后，介绍了电源的电磁兼容性和可靠性设计的考虑，分析了抑制电磁干扰的措施，并给出了实际的测试波形。论文根据理论分析的结果设计了实际的样机，并对关键点的波形进行了测试，验证了理论分析的正确性。在文章的最后对整个设计开发的过程

4、进行了总结，并对今后的研究方向作出了展望。关键词：驱动，谐振变换器，功率因素校正，调光，电磁兼容性硕士论文，：，硕士论文基于谐振变换器的可调光驱动电源的研究目录摘荽。目录前言绪论。及其调光技术的发展现状课题研究的意义论文的主要内容基本特性及其驱动电源介绍的发光原理的特性的特性的响应时间的光学特性的热学特性对驱动电源的要求驱动电源的分类按驱动方法分类按电流极性分类按电路结构分类本章小结谐振电路特性分析以及各谐振参数设计驱动电源拓扑结构分析谐振变换器的分类串并联谐振变换器工作原理谐振变换器的组成谐振变换器不同频率区间的阻抗特性分析谐振变换器工作特性谐振变换器厂工作特性半桥谐振变换器谐振参数的设计基

5、于基波分析法的变换器输入阻抗目录硕士论文谐振变换器的等效电路及其增益推导。谐振变换器的交直流增益变换器各谐振参数的设计谐振变压器的设计半桥谐振变换器控制方案的设计主控制芯片的选择待机电源及开机时序的设计控制环路的设计本章小结有源功率因素校正的设计功率因素的定义控制方案的选择控制方案的设计电感的设计功率器件的选择输出滤波电容的选择外围环路的设计控制调试问题总结本章小结调光电路及电磁兼容性设计。调光原理分析调光接口电路的设计电磁兼容性电磁干扰与电磁辐射的抑制滤波器高频变压器的处理二极管及开关管的问题的处理印制电路板的布局和设计本章小结驱动电源的测试结果分析。总结和展望。致谢。参考文献硕士论文基于谐

6、振变换器的可调光驱动电源的研究绪论前言随着环境问题的日益严峻以及能源危机的日益紧张，节能环保已经成为当今社会讨论最多的话题。就总的能源消耗量来看，照明用电在家用、商用电力消费中占很大的比例，根据联合国战略研究中心统计，去年世界级用电负荷超过亿度，发达国家照明用电占总发电量的左右，发展中国家约为，而我国大约占总发电量的左右，而且这些数字还有逐年增长的趋势【】。传统的照明方式能源利用率很低，造成了资源的浪费、二氧化碳的排放以及全球变暖等一系列问题，因此，节能减排己成为世界各国关注的焦点，绿色照明也成为学术界研究的热点。作为新一代照明技术的固态照明技术在这个特殊的环境下得到了学者的广泛关注和研究，因

7、此照明技术应运而生【。传统的照明方式存在诸多缺点，比如能源利用率低，寿命短，发光效率低等，因此正逐渐被社会所淘汰，与此同时，照明技术正越来越受到人们的重视。日本从年开始就开展了“世纪照明”计划，旨在通过技术使照明能量效率提高为传统荧光灯的两倍；年实施的“彩虹计划”通过欧盟的补助资金来推广白光发光二级管的使用；美国国家半导体照明研究计划被列入国家“能源法案”，主要研究的内容是降低的成本和提高的转换效率；韩国目标在年推广照明技术，使其占照明比重的，扩大照明技术适用范围至街灯、隧道照明等；而我国也正在逐步淘汰白炽灯，计划至年禁止进口和销售瓦及以上普通照明白炽灯，与此同时并且有多项半导体照明相关的国家

8、标准，财政部正酝酿出台半导体照明的相关扶持政策，政府采购半导体照明示范工程项目的步伐正在加快。这一切都成了推动照明技术发展的催化剂【，。第一颗白炽灯的诞生彻底改变了人类的照明方式，黑夜从此被人类征服。在漫长的照明技术发展道路上，照明历程大致可以分为四个阶段。第一阶段以白炽灯为代表，它具有高度的集光性，适于频繁开关，辐射光谱连续，显色性好，价格便宜并且具有较好的低温启动特性。但白炽灯光效很低且寿命很短。大部分白炽灯会把消耗能量中的转化为无用的热能，只少于的能量转换为光能，有悖于当前节能环保的潮流，因此终将遭到淘汰。澳大利亚政府首先从年开始将禁止使用白炽灯，以减少温室气体的排放。加拿大年前禁止使用

9、白炽灯，台湾也在年全面禁产，中国也将在年禁止销售瓦及以上的白炽灯。荧光灯的诞生代表着人类第二代照明时代的到来，荧光灯是由电子流激发汞原子并使其发出紫外光子，这些光子激发荧光粉发出可见光。相比于白炽灯，荧光灯的发光效率较高，同时荧光灯具有寿命长、价格便宜等许多优点。但荧光灯含有重金属汞，绪论硕士论文对环境存在污染，且整流器、启辉器功耗较大，逐渐被更高能效的紧凑型节能灯，也就是通常所说的节能灯所取代。作为第三代光源的高压气体光源是通过气体放电而导致原子发光的光谱，如日光灯，汞灯，钠灯等，这几种灯的发光原理相同，但是光通量不同。第三代光源具有穿透性强、反射率高等优点，但是高压钠灯和汞灯等发光效率相对

10、较低，显色性差，而且寿命较短。现在广泛使用于景观照明和工程照明等项目。作为第四代照明技术固态照明技术代表的集众多优点于一身，被公认为是未来最佳的光源。作为一种新型的光源，照明在技术及应用方面取得了飞速的发展，单晶片的功率等级和发光效率不断地提高。具有工作电压低，安全节能，寿命长，启动时间短、结构牢固、节能、发光体接近点光源等众多优点，是未来理想的光源，因此，深入研究照明技术有利于经济利益的长远发展【】。及其调光技术的发展现状自从年第一次在一块碳化硅里观察到电致发光现象以来，随着发光二极管制造工艺的不断进步和新型材料的开发和研制，使得半导体固体光源的性能不断完善并进入实用阶段。回顾的发展历史，年

11、，出版了一个关于硫化锌粉末发射光的报告。随着电流的应用和广泛的认识，最终出现了“电致发光”这个术语，实际年代，英国科学家利用半导体砷化镓发明了第一颗具有时代意义的。年代末期，在砷化镓的基础上利用磷化物发明了第一个可见红光。年代中期，砷化镓被用作发光光源，随后发出灰白绿光。年代早期到中期对砷化镓磷化铝的使用使得第一代高亮度的诞生。年代中期，出现了超亮度的氮化镓，随即又制造出能产生高强度的绿光和蓝光铟氮镓。年的白光光效只有，经过十多年的发展，目前为止，作为产业的领跑者，美国公司的大功率白光芯片的光效已经突破，而且其投入量产的的光效也已经高达。于此同时，世界上的一些其他制造商，如德国的公司量产的的光

12、效也达到了，较以前的产品有了惊人的进步。随着照明技术的发展，人们对于光源的要求也是越来越高。相对于传统光源，光源也需要有传统光源所具有的调光功能。传统的初级硅控调光器利用对输入正弦交流电进行斩波来截取交流电压导通部分角度，以改变灯具的输入功率，从而达到调光的目的，也就是所说的调光。目前多数灯具都是使用的这种调光方式，也有许多公司的驱动芯片支持这种调光方式，如公司的，等等。第二种是在输出实现的调光方式。由于大多数光源都是恒流源，而的发光亮度与其流过的电流呈线性关系，所以可以通过改变的恒硕士论文基于谐振变换器的可调光驱动电源的研究流点来实现调光功能。采用这种原理的调光方式通常有电压调光，电阻调光和

13、调光。另外就是数字调光，这种调光方式大多是采用脉宽调制实现调光，而且可以添加许多先进的功能，这种调光方式可以结合一定的通信协议实现更加复杂的调光系统，具体实现方法比较复杂。课题研究的意义随着工艺以及封装技术的发展，单颗的集成功率越来越大，光效也越来越高，而散热问题也同样成为关注的焦剧】。除了用于传统的背光显示外，高亮度也渐渐被应用于室内照明，汽车日行灯，室外景观照明以及道路交通照明等。可靠的光源理所当然离不开可靠稳定的驱动电源。驱动电源是把供应电源转换为特定的电压电流以驱动发光的电压转换器。由于驱动电源的稳定性以及寿命直接决定了照明光源的工作寿命以及稳定性，所以开发安全、高效、节能、高功率等级

14、的驱动电源成为必然的趋势。从目前市场上来看，驱动电源主要面临以下几点挑战：首先是效率的问题，是节能型产品，要求驱动电源的效率高，这对于安装在灯具内部的驱动电源尤其重要。因为的光效会随着温度的升高而下降，所以的散热非常重要。而后是稳定性，有些灯具使用的场合比较特殊，比如使用在路灯照明中的驱动电源，由于安装高度高，维修及其不方便，而且受环境影响很大，所以对稳定性要求很高。其次是调光功能，目前多数使用的调光器不仅对效率有一定的影响，而且影响电源的功率因素，而且驱动电源对调光器的兼容性不是很好。最后就是功率因素的要求，一般在瓦以下的家用电器没有强制性地对功率因素有要求，但对于这样的照明光源来说，虽然单

15、个光源功率因素低对电网的影响不大，但在照明系统中，同类负载太集中，会对电网产生比较严重的污染，所以对于光源，对功率因素也有一定的指标。还有就是对于成本的要求，这也是制约发展的一个重要的因素，所以，综上所述，为了推动固态照明产业的发展，为了能源的可持续发展，确保光源能够可靠、安全、长寿命运行，与之匹配的高质量的驱动电源必不可少，所以本课题有着深远的经济意义和社会效益。论文的主要内容半导体照明光源以其节能、环保、长寿命等特点逐渐被人们应用于日常生活中。随着能源问题的日益紧张，节能环保，走可持续发展的道路将日益受到人们的重视。以其独到的优点成为了绿色照明的首选，结合太阳能光伏发电，它将更好地应用于节

16、能照明工程中。本文研究课题是基于谐振变换器的驱动电源的研究，在阅读大量的相绪论硕士论文关文献的基础上，以驱动电源为研究对象，从最基本的光、热、电特性出发，详细分析了驱动电源所要求的独特的要求，选择了合适的拓扑结构并详细分析了目前应用于光源的各种拓扑结构的优缺点，提出了可靠的设计方法并设计了兼容性比较好的调光电路，完成一台瓦的大功率驱动电源样机。本文的架构如下：第一章为绪论。首先介绍了人类照明技术的发展历史，以及在目前的环境和能源问题下照明技术发展的必然性；接着论述了国内外照明技术的发展现状和前景以及本文的主要内容和重点。第二章是照明技术的总体分析。首先从的最基本的光学、电学以及热学特性出发，介

17、绍驱动电源所需要满足的特性，即对电压、电流等参数的要求：第三章分析了各个功率段的驱动器常用的拓扑结构以及本设计选择谐第四章介绍了功率因素校正技术，集中分析了工作于不同模式的功率因素变换技术，并根据本课题的要求设计了基于的连续模式的变换器，详细分析了电路各个参数的理论计算过程以及功率器件的选择理论依据。在本章中还进行了待第五章是调光接口的设计。在本章中，首先分析了常用的调光技术，以及在不同调光技术下的响应特性，最后在技术论述分析的基础上设计了兼容于电压、电阻和调光信号的调光接口。同时，在本章节中简要介绍了电磁兼容性技术，以及在本设计中用到的抑制电磁干扰的方法，并给出了实际测试的波形。最后一章对本

18、设计中的实际样机进行了测试，验证了理论分析的正确性；同时对本课题的研究工作进行了一个总结并对今后的工作进行了展望。然后对驱动电源常用的架构作了简要的分析，分析了各类驱动器的优缺点。振变换器的原因；然后介绍了最基本的四种谐振变换器并详细分析了本课题所研究的谐振变换器，详细分析了其交流、直流增益的计算过程，从理论计算上解释了变换器在不同工作频率范围内的特性，以及其开关器件的软开关是如何实现的，并根据理论分析的结果计算了本课题实际的变换器的各个谐振参数。机电源的设计以及反馈环路的设计。硕士论文基于谐振变换器的可调光驱动电源的研究基本特性及其驱动电源介绍过去年来，在颜色种类、亮度和功率都发生了极大的变

19、化。以其令人惊叹而欣喜的应用在城市室内外照明中发挥着传统光源无可比拟的作用。今天似乎全世界的目光都聚焦在这个新型的光源上，被誉为世纪的绿色照明产品，甚至人们预言未来会大部分取代传统的光源，再加上光源的生产可实现无汞化，对于环境保护和节约能源更具有重要意义。的发光原理（）是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它不同于传统的钨丝发光和三基色粉发光的原理，而采用电场发光，其主要由结芯片、电极和光学系统组成，它由电致发光的半导体材料经过环氧树脂密封而成，结芯片是由型和型半导体组成。型半导体中空穴数远大于自由电子数，在这种半导体中，以空穴导电为主，因而空穴是多数载流子，自由电子为少数载流子。而

20、型半导体中电子为多数载流子，空穴为少数载流子。在型半导体和型半导体的不同区域掺入三价和五价杂质元素，再将二者紧密结合一起，在二者的交界面附近形成很薄的空间电荷区，即结。未加电压时，结业存在一定的势垒，当外加正电压时，区的多数载流子空穴和区的多数载流子电子都要向结移动，致使结变窄，构成少数载流子的注入，从而在结附近产生导带电子和价带空穴的复合，同时释放出相应的能量而导致发光。其发光过程包括三个部分：正向偏压下的载流子注入、复合辐射和光能传输。结加反向电压时，区的空穴和区的电子将进一步离开结，使耗尽层厚度加宽，结处于反向偏置，少数载流子难以注入，故而不发光【。图发光原理示意图基本特性及其驱动电源介

21、绍硕士论文发光的能量相当于半导体材料的带隙能量，。与发光波长的关系为式及。肚警，忍等亿，上式中，为普朗克常数，为载流子所带的电荷，为电子速度，为发光波长。不同的半导体材料带隙能量不同，因而发光的波长也就不同。的特性是利用化合物材料制成结的光电器件。它具备结结型器件的电学特性：特性、特性和光学特性、时间特性以及热学特性。的特性的特性和结的特性基本上是相同的，具有非线性和单向导电性，即外加正偏电压表现为低接触电阻，外加负偏电压表现为高接触电阻，如图所示。萝砟，一，！反向死，一一一晷糍蠢，图的单向导电性当外加正偏电压超过某一阀值后，才有电流流过，此后电压微小的变化会引起电流显著的改变。小于此阀值电压

22、时，外加电压没有克服内部的势垒电场，结电阻很大，因此几乎没有电流流过。在阀值电压后，很宽的范围内电流与电压呈线性增大的关系。当！反偏电压时，结电阻很大，几乎没有电流流过，当反向电压超过某一阀值时，如图中的圪，反向电流会显著增加，出现击穿现象【。一硕士论文基于谐振变换器的可调光驱动电源的研究般大功率单颗灯珠正向压降在至之间，随着灯珠温度的升高正向压降有小范围的下降。的正向电流直接影响着灯珠的温升和寿命，从而会影响发光的波长，因此需要严格控制流过的电流，所以理想的驱动电源是恒流源。的响应时间响应时间是指发光设备跟踪外部信息变化的快慢，从实际使用的角度来看，就是点亮与熄灭的延迟时间。如图所示，点亮时

23、间是指接通电源使发光亮度达到正常的开始，一直到达发光亮度达到正常值的所经历的时间。熄灭时间，是指正常发光减弱至原来的所经过的时间。响应时间主要取决于载流子的寿命，器件的结电容以及电路的阻抗，不同的材料制得的的响应时间不同。，相对亮度图的启动特性的光学特性的光学特性表征参数有：发光强度、发光峰值波长、光通量、发光效率、发光亮度和寿命等。发光强度是表征发光器件发光强弱的重要性能。由于大量运用球柱、圆球封装，故发光强度都有很强的方向性，位于法向量方向上的发光强度最大，随着偏离法向量的角度的变化，光强也有所变化，光强在方向上的分布取决于封装的工艺。发光强度（光功率输出）随着波长的变化而不同，而且会随着

24、工作时间的延长而逐渐减少【】。在光输出最大处所对应的波长即为发光峰值波长，其与半导体的种类、基本特性及其驱动电源介绍硕士论文性质以及结结构有关，与器件的几何形状以及封装的类型没有关系。光通量是表征总光输出的辐射能量，是向各个方向发出光的能量总和，与工作的电流直接相关，单位为流明，与芯片的封装工艺，材料以及恒流源大小直接相关。的发光效率是指辐射出光能量与输入电能之比，用发射出的光子数与结载流子数之比来表示，标示着性能的优劣。品质优良的向外辐射的光能量大，效率高。的热学特性的热学特性与结的结温有很大的关系，通常情况下，工作电流比较小时的温升并不明显，但当环境温度较高时，的主波长就会向长波长漂移，从

25、而对的可靠性和寿命产生严重的影响。的主波长五。和温度丁的关系可以表示为式。（丁）凡（），木。（）五。为初始结温瓦的主波长，五。为结温丁时的主波长，由上式可知，温度每升高，主波长向长波漂移，且发光的均匀性、一致性均变差，因此，在小型灯具应用中，由于要提高单位面积上的灯珠数目以提高光强，尤其要注意散热问题，通常通过改善散热基板的结构，提高通风和对流效果来改善散热效果。对驱动电源的要求的灯珠排列方式以及对光源的规范要求基本上决定了对驱动器的要求。驱动器是用来在一定的输入输出的范围内来限制流过的电流，同时起到电气隔离的作用【。驱动器根据不同的应用要求，可以采用恒压模式（）输出工作，即输出一定电流范围内

26、钳位输出电压；也可以采用恒流模式（）输出工作，能对输出的电流精确地控制；也可以采用恒流恒压模式（）模式输出工作，即恒定输出功率，根据负载调节输出电压和电流。总体来看，驱动器的设计要考虑以下因素：输出功率即正向电压、电流等；输入电压范围；调光要求、照明控制、功率因素、成本、安装方法等等。驱动电源的分类按驱动方法分类按驱动方式可以分为两大类：恒流式和恒压式。恒流驱动电路输出电流是恒定的，而输出的直流电压却随负载阻值的大小不同在一定的范围内变化，负载阻值硕士论文基于谐振变换器的可调光驱动电源的研究越小，输出电压越低，反之越甜。恒流驱动电源驱动是相对比较理想的，但是相对价格比较高。恒压式驱动电路当稳压

27、电路中的各项参数确定了以后其输出电压是确定的，输出电流随负载的变化而变化。以稳压驱动电路驱动，每串需要加上合适的电阻方可使每串显示亮度平均。但由于电压中的纹波的存在，使得的电流随着电压的波动而波动，由于负温度效应的影响，电流的波动可能造成结温和电流的恶性循环，可能会烧毁灯珠，因此恒压驱动时通常对电压纹波加以一定的限制。按电流极性分类根据输出电流极性可以分为直流型驱动和交流型驱动【引。直流型驱动主要针对直流，电流单向流过负载，根据流过电流的性质可以分为恒压驱动、限流驱动、恒流驱动和脉冲驱动。限流驱动是指将电流限制在设定范围以内的驱动方式。根据限流的实现方式，又可将其分为阻抗限流、饱和限流和分流限

28、流。阻抗限流通过在电流主回路中串入远大于负载等效阻抗的大阻抗，减小外界干扰对负载电流的影响，从而达到限流的目的。分流限流是指当电流超过预先设定的限定值时，辅助电路将接通，将超过的电流分流，从而使流过的电流基本保持不变，达到限流的目的。而交流型驱动电流双向流过。交流可以简单等效为将两个或两个以上按一定的规律反向并联的电路，交流型驱动电路结构简单，若的额定参数与电源参数匹配，可直接串接在交流电源上工作，如市电。按电路结构分类按电路的结构不同可以分为阻容降压式，它通过电容降压，由于电容的充放电，瞬间通过的电流极大，会加速的光衰，且其效率极低，功率因素比较差。电阻降压式，通常受到电网电压波动的影响，而

29、且电阻上要消耗相当的功率，所以它的效率也比较低，稳定性比较差。电子变压器降压式，通常用在对效率要求不高的单电压场合。还有就是降压方式开关电源，这种方式的效率相对较高，但是其振荡频率不连续，不容易控制，负载的纹波系数比较大，容易引起灯珠的发光闪烁问题【，。再者就是方式控制的离线式开关电源，它主要由输入滤波器、桥式整流器、输入滤波电容、开关控制器、隔离变压器以及输出电感电容滤波器组成，控制式开关电源是当输入电压或负载变化的情况下通过输出信号与目标值的差值进行闭环反馈，通过控制的占空比来改变开关的导通时间从而稳定输出电压或者电流，这种控制方式效率很高，稳定性好，很适合作为电源的驱动。基本特性及其驱动

30、电源介绍硕士论文本章小结本章首先从的最基本的光学、电学以及热学特性出发，介绍驱动电源所需要满足的特性，即对电压、电流等参数的要求；然后对驱动电源常用的架构作了简要的分析，分析了各类驱动器的优缺点。硕士论文基于谐振变换器的可调光驱动电源的研究谐振电路特性分析以及各谐振参数设计自从采用将串联谐振的电流谐振电路将软开关技术应用于谐振变换器后，将电压为正弦波的电压信号施加于谐振变换器的方案也相继出现了【。从那以后，出现了很多准谐振和多谐振变换器，这些谐振变换器的出现使得开关电源的特性有了显著地改善，高频的工作方式减小了元器件的体积以及重量；利用电路的寄生参数实现了软开关技术，抑制了电磁噪声的产生；软开

31、关的实现减少了开关损耗，提高了变换器的效率等等。因此，谐振变换器的出现是开关电源发展的一个里程碑，已经被广泛地应用于工业电源、民用电源等多个领域。驱动电源拓扑结构分析最常应用于照明的拓扑结构是反激式的，其实它是由基本的变换器用多绕组电感代替常用的单绕组电感演变而来瞄】。由于它的能量传递主要通过变压器维系，受到磁芯体积，管应力等诸多因素的制约，它广泛应用于功率小于的场合。而且由于其变压器其实就是一个耦合电感，参与传递的能量大部分存储于变压器的气隙中，其变压器的磁芯一般需要开有气隙，所以其电磁兼容性会变差。同时，反激式拓扑输出无滤波电感，只有滤波电容，通常输出纹波较大，在使用场合中，为了达到纹波要

32、求，通常输出滤波电容较大，在较大功率的照明系统中，反激式变换器不太适用【】。本设计着重研究将串联谐振拓扑应用于恒流源设计中，完成了样机制作。现代开关电源发展的一个方向就是高频化，这样不但可以大大降低开关变压器的体积，提高电源的功率密度，而且在提高频率的同时，可以解决诸多电源所存在的音频噪声的问题，加快电源的响应速度。但是在提高频率的同时，开关管的交越损耗也会随之增加，而且硬开关感应电压尖峰比较大，对管子的应力要求比较高，与此同时，随着频率的提高，开关管的电压变化率（）和电流变化率（）大幅度增加，这使系统的电磁干扰更加严重，很难通过国际上的一些约束的标准，所以传统的硬开关很难适应于高频化的电源技

33、术。实现高频化的关键一步就是软开关技术【，而常用的软开关技术有全谐振变换器、准谐振变换器和多谐振变换器，而根据负载与谐振电路的连接关系，谐振变换器可以分为串联谐振变换器、并联谐振变换器以及串并联谐振变换器，而谐振变换器又有区别于上述变换器的独到之处，它也是全谐振变换器的一种【】。谐振变换器是在传统的串联或并联变换器上增加一种谐振原件发展而来的，因此，它既具有串联谐振变换器谐振电路电流随负载轻重的变化而变化，轻载时效率较高，可谐振电路特性分析以及各谐振参数设计硕士论文在正常工作条件下对变换器进行最优化设计，又兼有并联谐振变换器空载情况下也能稳定工作的特点，而且变换器的磁性器件很容易集中到一个磁性

34、元件上，其激磁电感和漏磁电感能够被有效利用，所以有很深的研究意义。谐振变换器的分类对于普通的开关电源拓扑结构，由于开关管在实际的导通和关断时，不能够像理想情况一样在瞬间完成，开关瞬间电压和电流会发生一定的重叠现象，从而引起了交越损耗。而谐振变换器一个显著的优点就是可以实现开关器件的软开关。软开关技术是在利用电感、电容等谐振元件，使开关管在开关前后引入谐振，从而使开关管两端电压为零时开通，电流为零时关断，使开关条件得到改善，降低开关噪声和损耗【¨。通常谐振元件为电感和电容，根据谐振元件的排列组合方式，主要的谐振变换器分为三种：串联谐振变换器、并联谐振变换器和串并联谐振变换器【引，如图至

35、所示。：，士：。一图串联谐振变换器：，士：。一，图并联谐振变换器硕士论文基于谐振变换器的可调光驱动电源的研究：，！、一，图串并联谐振变换器串并联谐振变换器工作原理在本设计中，应用于驱动电源的拓扑为半桥谐振变换器，其结构图如图所示。：）；、一图半桥串联谐振变换器谐振变换器的组成从主电路（图）可以看出，串联谐振电路由输入电压、开关电路、谐振网络、主变压器、输出整流电路、输出滤波电路和负载组成。其中、为理想的管，啦、分别为其体二极管，、分别为其寄生电容。相对于传统的串联谐振变换器（图），由于负载网络与谐振网络串联，谐振网络与负载对输入电压进行分压，可以通过改变输入电压的频率来改变各个分压器的阻抗，从

36、而改变各自分得的电压【。由于整个系统是一个分压器，其直流增益小于，所以在轻载的情况下，全部输入电压会落在负载上，谐振频率会变得很高。串联谐振变换器（图）存在两个谐振频率，当谐振变压器向次边传递能量时，变压器原边电压被输出电压钳位，只有与，参与谐振，谐振频率为，（式）；当变压器不向次变传递能量时，、厶与共同参与谐振，谐振频率为厶（式）。谐振电路特性分析以及各谐振参数设计硕士论文厶司丽对谐振变换器可以作如下等效电路，如图所示。互丽（）（）图谐振变换器等效电路图中是输入电压为正负半周对称的方波，是次边折算至原边的等效电阻，因此可求得输入阻抗为式所示。乙：墨墨！刍±生！窖±丝！刍二

37、刍竺刍堡）毛万再菘丁一其中兰（）由式可知，变换器可以工作在三个频率区间，即，和。在这三个不同的频率区间内，变换器的输入阻抗不同，以下将作分析。谐振变换器不同频率区间的阻抗特性分析当时，变换器的阻抗呈感性；当时，变换器的阻抗呈容性。对于容性电路来说，其特性是电压滞后于电流，而谐振变换器的优点之一就是零电压开通，当电流相位超前于电压相位时，在管导通时，电压与电流的参考方向相同，即电压正向时，电流也是正向流经管，而对于管而言，其实现零电压开通的条件是在管导通前其电流先注入其寄生反并二极管，使管两端的电压钳位在一个二极管的压降，但此时电流是正向的，无法通过其体二极管，所以无法实现零电压开通，故在此不讨

38、论乞这种情况。谐振变换器，作特性在的情况下，谐振变换器具有最佳的工作特性【】。在这个频率段，谐振变换器每个谐振周期会经过以下状态。硕士论文基于谐振变换器的可调光驱动电源的研究在如时刻（如图），和的死区时间内，变换器经过第一个状态。此时下管关断，的驱动信号还没有建立。由于在此之前是导通的，关断，所以的寄生电容电压被钳位于输入电压，在矗时刻开始，寄生电容通过谐振电路中的电流，开始放电。由于谐振电感小于激磁电感，所以其电流变化率大于激磁电感电流变化率，原边电压上正下负，次边整流二极管正向导通，原边电流流出同名端，其大小为谐振电感电流与激磁电感电流之差，次边电流为（为变压器的匝比）倍的原边电流，方向也

39、是从同名端流出。当管寄生电容放电至使其体反并二极管导通时，谐振电感电流从电容转移至体二极管，管两端电压被二极管正向压降钳位，使其两端电压基本为零，为零电压开通创造了条件。：，士：，图时刻谐振电路电流示意图到时刻时（如图），上管的驱动信号建立，零电压开通，由于变压器向次边传递能量，原边电压被输出电压钳位，电感厶不参与谐振，变换器任然以频率振荡。次边电流与上一个状态的电流相同，直到乞时刻（如图），谐振电感电流与激磁电感电流相等，次边整流二极管零电流关断。：；，土：一图时刻谐振电路电流示意图谐振电路特性分析以及各谐振参数设计硕士论文：，：一。陇图时刻谐振电路电流示意图时刻（如图）谐振电感、激磁电感厶与谐振电容，共同参与谐振，以频率厶振荡。此时整流二极管、都不导通，输出能量由滤波电容维持，这个过程一直持续到上管的驱动信号结束，上管关断。，：一：一一一！、！图时刻谐振电路电流示意图下管的开通直至关断过程与上管相似，由时刻开始至时刻结束，如图至图。此时，截止，下管的寄生电容开始放电，其电压反向，谐振电感电流反向，次边整流二极管导通，变换器以频率振荡，此过程与上管工作情况相同，只是电压电流反向，这里不多作解释。一卜一二：，图时刻谐振电路电流示意图硕士论文基于谐振变换器的可调光驱动电源的研究图如时刻谐振电路电流示意图，一一一一：，图时刻谐振电路电流示意图：一石：士，。，：王