LLC谐振变换器研究与设计

1、分类号密级金亚学校代码！垒窆武滗理歹大薯学位论文题目谐振变换器盟究与设盐英文题目旦鱼墨坠垫亟曼墨曼丛堡壁墨塾垫！盟曼煎丛研究生姓名奎垫姓名基叠主职称垫撞学位谴±指导教师单位名称自边垡堂瞳邮编垒申请学位级别塑±学科专业名称垫左垫王鱼垫之堡边论文提交日期！曼生鱼月论文答辩日期！三生§旦学位授予单位盛垫堡三盘堂学位授予日期！三生鱼月答辩委员会主席盘垡堑评阅人塞垡堑陈静年月独创性声明本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或

2、其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：盏也日期：！：堡生三墨圣嚼学位论文使用授权书本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息服务。（保密的论文在解密后应遵守此规定）研究生：喜救导师劢一细易铆硎（注：

3、此页内容装订在论文扉页）摘要提高开关变换器的开关频率能够显著减小电感、变压器及电容的体积，从而有效地提高了变换器的功率密度。然而，随着开关频率的上升，开关器件的开关损耗显著增加，从而导致变换器的效率降低。此外，高频整流二极管的反向恢复问题严重影响开关变换器的效率，并且给设计带来了很大的麻烦。由此可见，变换器已经很难适应开关变换器的高频化发展。谐振变换器能够在全负载范围内实现开关管的，有效降低了开关损耗，提高了电源效率，变换器的开关频率也有了很大的提升，大大提高了功率密度。同时，的实现消除了硬开关过程中开关管两端的电压振铃。另外，谐振变换器能够实现整流二极管的，从而消除了二极管的反向恢复问题，既

4、提高了变换器的效率，也为设计带来了很大的好处。可见，具有许多传统变换器所不具有的优势，因而在现代开关电源中得到了较为广泛的使用。当然，谐振变换器目前也存在一些不足，例如其控制方法过于复杂，且过载保护设计困难。此外，过大的励磁电流引起的开关管导通损耗也影响了变换器的整体效率。因此，对变换器进行深入的分析，提出一套可靠的设计方法是很有意义的。本文详细讨论了谐振变换器的工作原理，对其在各个频率区域内的工作波形分别作了深入的分析。在此基础上，利用基频分量法建立了谐振变换器的等效电路模型，对其稳态特性进行了分析，给出了谐振元件参数的完整设计方法，并通过软件对谐振变换器的增益曲线进行了仿真。本文基于扩展描

5、述函数法，对谐振变换器的小信号建模问题进行了详细的分析，并推导出了谐振变换器的小信号状态空间模型。在此基础上，本文利用仿真软件对谐振变换器在不同条件下的小信号模型进行了仿真，并分析了谐振变换器的动态特性。根据变换器的动态特性，文中还对谐振变换器的补偿器设计问题进行了分析，设计了补偿器的基本结构。最后，本文设计了并制作了一台谐振变换器样机，并给出了实验的结果与波形。关键词：谐振变换器，基频分量法，小信号模型，（），（），：，目录摘要第章绪论开关变换器的发展方向谐振变换器串联谐振变换器并联谐振变换器串并联谐振变换器谐振变换器谐振变换器与其他软开关变换器的比较国内外研究现状本课题研究内容第章谐振变换

6、器的工作原理谐振变换器的电路拓扑谐振变换器的工作原理及关键波形一石区域内的工作原理疋，时的工作原理丘石，时的工作原理分析本章小结第章谐振变换器的稳态分析谐振变换器的稳态分析谐振变换器的基频分量法分析谐振网络的电压传递函数等效电路直流增益分析谐振网络的输入阻抗与工作区域原边开关管实现的条件谐振参数设计谐振参数设计步骤仿真与分析本章小结第章谐振变换器的小信号模型分析开关变换器的小信号建模型开关变换器的小信号建模谐振变换器的小信号建模调频信号的近似表达谐振变换器小信号建模谐振变换器的状态方程谐波近似非线性环节的扩展描述函数表示谐波平衡与大信号模型谐振变换器的稳态解谐振变换器的小信号模型小信号扰动的线

7、性化状态空间模型实验样机参数仿真与分析仿真补偿器设计本章小结第章谐振变换器电路设计与实验结果硬件设计参数磁性元件的设计变压器的设计谐振电感设计开关器件的选择的选择整流二极管的选择控制器电路设计死区时间的设置开关频率的设置软启动电路过流保护电路驱动电路设计实验结果与分析满载实验结果半载实验结果空载试验结果整流二极管电流波形本章小结第章总结与展望全文工作总结今后工作的展望致谢参考文献第章绪论现代电力电子技术的快速发展使得开关电源在许多场合得到了大量的应用，也成为近年来学者和工程人员研究的一个热点问题。随着现代电源技术的不断推进，各种新型变换器结构和控制方法不断被提出，不少新的技术，如软开关技术在开

8、关电源中得到了充分的应用，有效地提升了电源的功率密度和效率。开关变换器的发展方向开关电源的发展与电力电子技术的发展是密切相关的，尤其是电力电子器件的发展。现代开关电源中普遍使用作为开关器件，这主要是由于是电压控制型器件，相比功率晶体管来说驱动功率要小得多，并且开关频率要高得多。此外，大功率开关电源中常使用。现代开关电源的发展方向主要有以下几个方面：（）高频化早期的开关变换器都采用功率晶体管作为开关元件，开关频率一般都较低，通常不超过数十，并且驱动电路损耗较大。现代开关变换器中基本都采用作为功率开关器件，这主要是因为工作频率高【】【】，并且采用电压驱动方式，驱动电路所需的功率小。的广泛使用很大程

9、度上提升了开关变换器的开关频率，降低了变换器的整体体积。随着新型功率半导体技术的不断进步，软开关技术受到人们的关注，获得较为广泛的应用，开关变换器的开关频率越来越高。更高的开关频率可以显著减小电容及磁性元件的体积，从而很大程度上提高了电源的功率密度。近年来，新型的功率半导体器件不断出现，例如二极管。这些新型器件为开关电源的进一步高频化带来了新的动力【】。（）数字化传统的开关电源基本都采用集成芯片控制，尽管这种电源在成本上具有一定的优势，但却不利于灵活的控制。对于一些复杂的应用场合，往往需要在不同的条件下采用不同的控制方法，因此，这些电源的控制策略相对复杂，单个集成芯片很难完成这样的任务。随着数

10、字电子技术的发展，数字控制器的运算速度越来越高，完全能够满足开关电源设计的需要。采用数字控制的变换器，不仅控制灵活，而且开发周期短，易于升级换代，能够完成许多复杂的控制算法。同时，数字控制器具有很好的通用性，能够用于多种拓扑结构。因此，数字化将会成为未来开关电源发展的重要方向【】【。（）模块化模块化是现代开关电源的整体发展方向，采用模块化设计的开关电源，既可以实现分布式电源系统，也可以通过并联实现扩容，为大电流输出提供了一种有效的解决方法。多个模块并联运行的电源能够实现热插拔，这使得电源的运行更加稳定可靠，系统的设计也更为灵活。目前，市场上已经有一些模块化设计的电源产品【】。以上是现代开关电源

11、的几个重要发展方向，此外，磁集成、智能控制等新技术也是近年来开关电源研究领域的热点问题，这些新型技术为开关电源的进步提供了新的动力【】【】。随着变换器的频率不断增加，开关管的开关损耗将显著增大，二极管的反向恢复问题也更加严重，这些因素都使得变换器的效率明显下降，功率密度也由于散热装置的增加而降低。由此可见，传统的硬开关式变换器无法满足开关变换器的高频化发展。相比之下，软开关变换器能够有效地减小开关管的开关损耗，从而能够保证开关管在高频状态下运行，因此，软开关变换器具有更高的效率和功率密度。通常软开关变换器包括谐振变换器和准谐振变换器两种，这里主要对谐振变换器作较为详细的讨论。谐振变换器谐振变换

12、器是一种软开关变换器，它是利用谐振网络在谐振过程中，电流或电压会出现周期性的过零点，从而为开关管实现零电流开关（）或零电压开关（）提供了机会，减小了开关损耗。图是谐振变换器的基本结构框图，交流方波电压或电流是由变换器的开关网络产生的，经过谐振网络产生正弦电压或电流，再通过高频整流及低通滤波环节得到直流电压或电流供给负载。武汉理工大学硕士学位论文交流方波电压或电流，丑谐振网络上一口高频整流电路低通滤波嵋负载一睑下匹、图谐振变换器结构框图谐振变换器的分类可以有多种方式，通常，根据谐振网络与负载之间的连接形式，可以将谐振变换器分为串联谐振变换器（）、并联谐振变换器（）及串并联谐振变换器（）陋。串联谐

13、振变换器图为半桥型串联谐振变换器的拓扑，功率开关管、构成半桥开关网络，二极管、分别为、的体二极管，电容、分别为、的输出寄生电容。电感与电容，串联形成谐振网络。如果将负载折算至变压器原边，负载与谐振网络是串联的，故串联谐振电路可以简单看做一个串联分压电路。当开关管的开关频率发生变化时，谐振网络的阻抗也发生变化，从而改变了变换器的直流增益，由此可见，串联谐振变换器的直流增益始终是小于的，理论上说，在开关频率等于谐振网络的谐振频率时，谐振网络的阻抗为，变换器的直流增益恰好为。甩卜图半桥串联谐振变换器开关频率低于谐振频率时，谐振网络的阻抗呈容性，此时开关管能够实现。开关频率高于谐振频率时，谐振网络的阻

14、抗呈感性。对于而言，只有谐振网络呈感性时才有可能实现。所以串联谐振变换器只有在开关频率高于谐振频率时才能实现。在轻载条件下，为了保持输出电压的稳定，串联谐振变换器的开关频率将会变得非常高。开关频率的调节范围太大将不利于电路的稳定，也会给驱动电路的设计带来许多困难。并联谐振变换器半桥型并联谐振变换器的电路如图所示。与串联谐振变换器相似，谐振电感与谐振电容，也是串联连接的，所不同的是，在并联谐振变换器中，负载是并联在谐振电容两端的，因此，严格来说，并联谐振变换器应该称作负载并联的串联谐振变换器。同样，并联谐振变换器也只能在开关频率高于谐振频率时才能实现。：。上一，、，图卜半桥并联谐振变换器从电路上

15、可以看到，由于负载是并联在谐振电容两端的，因此，并联谐振变换器的等效输入阻抗较小，从而导致了一次侧电流较大，开关管的导通损耗和关断损耗较串联谐振变换器要大得多。即便是轻载或者空载条件下，并联谐振变换器的输入阻抗依然很小，这种情况仍然不能得到改善。串并联谐振变换器图一是半桥型串并联谐振变换器的电路结构，可以看到，串并联谐振变换器实际上是前面两种谐振变换器的组合。谐振网络由谐振电感、串联谐振电容盯及并联谐振电容，组成，负载与并联谐振电容并联。与前面两种变换器一样，串并联谐振变换器也只能在开关频率高于谐振频率时才能实现开关管的。：。广末，、上，图半桥串并联谐振变换器串并联谐振变换器融合了前面两种变换

16、器各自的优点，同时也克服了这两种变换器的一些缺陷。串并联谐振变换器一次侧的电流较并联谐振变换器要小得多，但仍然比串联谐振变换器略大。此外，串并联谐振变换器的工作频率接近谐振频率，而不像串联谐振变换器一样需要非常宽的频率调节范围。不过在输入直流电压较大时，串并联谐振变换器的工作频率仍然很高，并且一次侧电流也会增大。可见，串并联谐振变换器不适合较宽的输入直流电压的场合。谐振变换器与上述三种谐振变换器相比，谐振变换器具有许多独特之处，图是半桥谐振变换器的电路结构。在谐振变换器中，变压器的励磁电感是一个关键的元件，在一些特定条件下，励磁电感也参与变换器的谐振过程，因此，谐振变换器的工作原理比前面介绍的

17、三种谐振变换器更为复杂。事实上，谐振变换器在很早之前就已经出现了，但由于缺乏对这种变换器特性的认识，在很长一段时间内，谐振变换器被作为串联谐振变换器来使用。谐振变换器的工作原理及稳态特性，将在下面的章节进行详细分析。与其他形式的开关变换器相比，谐振变换器具有以下几点优势：（）在全负载范围内能够实现，且的关断电流更，羽，关断损耗低；（）次级取消了滤波电感，有效降低了整流二极管的电压应力【】【】；（）能够实现次级高频整流二极管的，消除了二极管的反向恢复过程，既提高了效率，又降低了电源的干扰；（）易于实现磁性器件的集成，能够较为方便地将谐振电感与变压器集成于一个磁芯上【】；（）能够满足较大的输入电压

18、及负载变化范围，电压调节性能突出【】。正是由于上述的这些优势，使得谐振变换器近年来得到了广泛的使用，成为开关电源研究领域的一项重要内容。：甩上图半桥谐振变换器谐振变换器与其他软开关变换器的比较除了谐振变换器之外，软开关变换器还包括准谐振变换器。准谐振变换器有一个重要特点，即谐振元件只在一个开关周期内的某个阶段参与谐振过程（通常在死区时问内），而不像谐振变换器那样在整个开关周期内参与谐振。此外，准谐振变换器只能在特定的工作条件下实现，而不能像谐振变换器一样在全范围内实现。近年来，准谐振变换器在、反激等结构中有较多的应用，但这些变换器只能工作在电流断续模式（），并且只能在特定的输入直流电压及负载下

19、才能实现，而在其他条件下只能保证开关管在较低的电压下开通，因而不是真正的。由于采用电流断续模式，这类变换器的输出功率一般不会很大，通常在一些低压小功率的设备中使用。移相全桥变换器是一种能够用于大功率场合的准谐振变换器，这种变换器能够在较宽的输入电压范围内实现开关管的，因而在许多大功率场合得到广泛应用。尽管移相全桥变换器是通过调节驱动信号的相位来调节输出电压的，但变压器原副边的电压依然和型变换器相同，因此，移相全桥实际上仍然属于型变换器。与谐振变换器相比，移相全桥变换器具有以下几点不足：（）无法在全范围内实现开关管的。移相全桥变换器是通过谐振电感与输出寄生电容在死区时间内的谐振来实现的，而流过谐

20、振电感的初始电流为负载折射至原边的电流，故在轻载条件下，谐振电感储存的能量将无法实现所有开关管的。通常在实际应用中，只能保证在额定负载以上时所有开关管实现。（）无法实现高频整流二极管的。在移相全桥变换器中，副边的整流二极管不能收实现，因而存在严重的反向恢复问题【】【】【。实际上，这几乎是所有型变换器的共同缺陷。二极管的反向恢复不仅造成了严重的损耗，也对二极管的反向耐压提出了很高的要求。另外，由此带来的干扰往往导致周边的电子设备工作异常，给的设计带来了很大的困扰。（）副边占空比丢失。副边占空比丢失是移相全桥变换器特有的一个现象【】，主要变现为变压器副边的输出电压宽度要小于原边，这样导致变换器的实

21、际有效脉宽减小了。为了减小脉宽都是带来的影响，通常选择增加变压器变比的方法，但这种方法又会导致原边电流变大，从而增加了开关管的导通损耗，同时副边整流二极管的反向耐压也需要增加。尽管近年来提出了许多有效的方法来改进移相全桥的脉宽丢失问题，例如将谐振电感改为饱和电感，但这些办法都没有从根本上解决这一问题。综上所述，谐振变换器较其他形式的软开关变换器具有许多优点，这也是今年来谐振变换器得以迅速发展的重要原因。虽然谐振变换器有着众多优点，并且在许多领域获得成功的应用，仍然有许多问题需要进一步研究和解决。首先，谐振槽元件参数计算复杂，难以像传统型变换器一样通过简洁的公式算出具体参数；其次，变压器漏感处理

22、困难，对电路的工作性能有着重大影响，因此减小变压器的漏电感是非常重要的；此外，采用】控制方法，会导致空载时原边电流过大，产生严重的损耗，降低了系统的效率【】；最后，谐振变换器动态响应慢，短路保护较为困难。这些问题都有待于国内外研究人员及工程师们的进一步研究。国内外研究现状早在上个世纪七八十年代，谐振变换器的拓扑结构就已经被提出了【，但由于电力电子器件的限制，谐振变换器在当时并没有得到真正的应用。进入本世纪，电力电子器件有了迅猛的发展，开关器件已经不再是限制开关变换器发展的主要瓶颈，在这种条件下，谐振变换器以其高效率，高功率密度获得了人们的青睐。年台达公司对谐振变换器申请了专利；年，美国弗吉尼亚

23、大学的杨波博士在其博士论文中详细分析了半桥谐振变换器的工作原理，并详细讨论了谐振变换器的参数设计、控制电路、过载保护及磁集成问题，为谐振变换器的迅速发展和广泛应用做出了巨大的贡献【】。浙江大学对半桥和全桥变换器以及三电平谐振变换器的参数优化设计方面做了大量的研究工作；南京航空航天大学对谐振变换器及三电平谐振变换器的控制策略方面做了很多工作，提出了与联合控制策略，并对谐振变换器中的磁集成技术进行了大量研究【。此外，许多国内外的电源公司都在对谐振变换器进行深入的研发工作，并生产出许多电源产品。本课题研究内容本文的研究内容如下：（）研究谐振变换器的拓扑结构及工作原理，特别对其实现开关管的及高频整流二

24、极管的的过程进行详细的分析；（）分析谐振变换器的稳态特性，建立等效模型【。利用仿真软件对等效电路进行仿真，分析变换器的直流增益曲线；（）基于等效模型的分析，给出谐振变换器谐振参数的设计方法，并对实验样机参数进行完整的设计；（）介绍谐振变换器的小信号建模问题，基于扩展描述函数法对谐振变换器的小信号模型过程进行了详细的推导，并研究了补偿器的设计问题；（）设计并制作一台谐振变换器样机，通过测试关键波形，验证设计的正确性；第章谐振变换器的工作原理尽管谐振变换器在电路结构上与传统的谐振变换器较为相似，但由于励磁电感参与了谐振过程，谐振变换器的工作过程较传统的谐振变换器更为复杂。为此，本章将以半桥谐振变换

25、器为例，在不同工作频率范围内对其工作原理及波形进行详细的分析。谐振变换器的电路拓扑谐振变换器的电路拓扑结构如图所示，图中、分别为开关管、的体二极管，、分别为开关管、的输出寄生电容。从结构上可以看到谐振变换器的开关网络由两个功率组成，谐振网络由谐振电容，、谐振电感及变压器励磁电感组成，变换器的副边采用全波整流电路，与串联谐振电路相同。图半桥型谐振变换器拓扑当二次侧高频整流二极管或导通时，变压器原边电压被输出电压钳位，因此加在励磁电感两端的电压是恒定的。此时，电路中只有谐振电感与谐振电容，参与谐振。当或都处于关断状态时，变压器原边电压不再被钳位，因此，励磁电感将与谐振电感串联参与谐振过程。因此，谐

26、振变换器具有两个谐振频率：谐振电感与谐振电容，的串联谐振频率后；谐振电感与励磁电感串联的等效电感与谐振电容，的串联谐振频率。谐振变换器的两个谐振频率分别为：瓦丽（），刃露雨协，在串联谐振变换器中，只有在开关频率高于谐振频率的情况下，开关管才能够实现。而在谐振变换器中，变换器工作在，和，乒，区域内都能实现。因此，下一小节将针对这两个工作区域进行详细的分析。谐振变换器的工作原理及关键波形石厶区域内的工作原理珞，一，、，、。一，】，一、卜、，叉、。血偿，？了、，邸！图时的工作波形图是谐振变换器在石时的工作波形，可以看到，在这一区域内，谐振变换器的工作状态与串联谐振变换器非常相似，励磁电感始终被输出电

27、压钳位，并不参与谐振过程，而是变成了谐振网络负载的一部分。工时，谐振变换器的工作可以分为个阶段，这里对其进行详细的分析。阶段一（）末，卜卜图工作阶段一在时刻，关断，此时谐振电流为负，并且大于变压器的励磁电流，所以，谐振电流将继续流动，为充电，为放电，因此，半桥的中点电位将不断上升。当两个开关管的寄生电容充放电完成时，半桥中点电位将上升到直流电源电压，从这一刻以后，的体二极管将自然导通，忽略二极管的导通压降，则的漏源电压将被钳位在，从而为实现提供了条件。在这个过程中，谐振电流的大小将不断减小。阶段二（）一耻。图工作阶段二在时刻，谐振电流减小至与励磁电流相等，因此，变压器副边不再有电流流过，截止。

28、在时刻以后，谐振电流的大小将小于励磁电流，这样变压器副边将开始导通。由于在这一阶段，谐振电流仍然是负的，所以的体二极管将继续导通续流，的漏源电压仍然为。在时刻开通，则是零电压开通。在这一过程中，变换器向直流电源回馈能量。阶段三（）图工作阶段三在时刻，开通，但此时谐振电流仍然为负，并不流过，而是继续从的体二极管流向电源正端。在这段时间内，二极管继续导通向负载供电。时刻，谐振电流减小至，的体二极管截止。阶段四（“）一耻。图工作阶段四在时刻，谐振电流由负变正，并开始从流过，的体二极管截止。在这段时间内，将一直导通向负载供电。整个这段时间内，直流电源将向负载输出能量。时刻，关断，变换器开始进入下半个开

29、关周期，这期间的四武汉理工大学硕士学位论文个工作阶段与前面分析的四个阶段基本相似，因此这里不再一一分析。从上述分析可以发现，励磁电感并没有参与谐振过程，谐振网络的工作过程与串联谐振电路相似。此外，可以看到，只要保证在的体二极管续流时开通，总是能够实现，并且不会对电路的工作产生实际影响。关断时，谐振电流仍然较大，因此的关断损耗会比较大。此外可以看到，副边的整流二极管在这一区内没有实现，二极管的反向恢复问题在这一区域并没有得到根本解决，但由于谐振变换器通常在输入电压较高或轻载时才会工作在此区间，因此，实际运行时的关断电流并不会特别大，整流二极管的损耗也不会很大。工厶时的工作原理盯，侈卜蕊谬。八胍心

30、心、例吣八厂图石够时的工作波形图是谐振变换器在石书时的工作波形，事实上，石书可以认为是尼石下的特殊情况。在这种情况下，谐振电流为标准的正弦波，副边整流二极管处于临界连续状态。由于变换器此时的工作原理与尼石时类武汉理工大学硕士学位论文似，因此，这里不作详细叙述。厶工时的工作原理分析尼石时变换器的工作波形如图所示，从图中可以看到，此时，副边整流二极管电流处于断续状态，因此，整流二极管在这一工作区域内能够实现。此外，在开通时总是能够保证实现，而在关断时，的电流较小，因此关断损耗并不会很大，不会对变换器的效率造成大的影响。大部分状况下，谐振变换器都工作在石万频率区问内，因此，有必要对此区域内的工作过程

31、作详细的分析。，、。，、“二公？镭卵蕊八八八武汉理工大学硕士学位论文歹孓儿上，图工作阶段一阶段二（）广卞上，、图工作阶段二在时刻，谐振电流降至并开始反向增大，因此，从这开始，的体二极管截止，谐振电流将流过。在时刻之前，谐振电流始终在励磁电流下方，因此一直导通，由此导致变压器原边电压被钳位，励磁电感不参与谐振过程。在这个阶段，谐振电流呈正弦曲线。阶段三（）时刻，谐振电流与励磁电流相等，因此，截止，而由于也处于截止状态，所以变压器原边与副边不再有能量交换。从这一刻起，励磁电感不再被副边钳位，而是与谐振网络串联谐振，谐振频率为。到时刻，关断，这一谐振过程结束。在这个阶段，负载完全依靠输出滤波电容来提

32、供能量。橱轧。图工作阶段三阶段四（）一耻。图工作阶段四在时刻，关断，此时谐振电流仍然为负，并且向的输出寄生电容充电，同时给。的寄生电容放电，从而使半桥中点电位上升至电源电压，为的零电压开通提供了条件。当的漏源电压降为。时，的体二极管将自然导通，并将的漏源电压钳位在。由于谐振电流始终处于励磁电流上方，所以副边二极管将导通。在这段时间内，谐振电流向直流电源回馈能量，因此大小不断减小。在时刻开通，则为零电压开通。时刻以后，下半个开关周期开始，随后的四个工作阶段与前面所述的四个阶段基本一致，这里就不再一一叙述。从上述分析可以看到，当屈：时，谐振变换器实际上存在两个谐振过程，励磁电感也参与了谐振，因此在

33、这个频段工作时，变换器的工作过程相对比较复杂。另外可以看到，在这一区域同样能够实现，同时，其关断电流也总是较小，因此，关断损耗要小得多。此外，整流二极管在关断时能够实现，从而可以有效地避免反向恢复带来的诸多问题。本章小结从前面的分析可以看到，当声，时，谐振变换器的工作方式与串联谐振变换器相似，励磁电感两端的电压始终被钳位，所以不参与谐振过程。在这一频段，谐振变换器能够实现开关管的，但整流二极管无法实现。当工时，励磁电感也参与到谐振中来，工作过程较时要复杂得多。在这一频段，变换器能够实现开关管的，不仅如此，这一频率范围内还能保证整流二极管实现，因而消除了二极管反向恢复带来的诸多麻烦。第章谐振变换

34、器的稳态分析在上一章节中，我们已经对谐振变换器的工作原理及关键波形进行了详细的分析。本章将采用基频分量法（）】【】【】对谐振变换器进行稳态分析，从而得到其直流增益特性，并绘制出直流增益曲线。通过数学推导直流增益特性与谐振元件的关系，从而为谐振变换器的参数设计提供依据。为了验证本章分析内容的可靠性，在本章最后利用仿真软件对谐振变换器等效电路进行了仿真分析。谐振变换器的稳态分析为了便于分析和表述，本章节以全桥整流的谐振变换器为例进行分析，如图所示。采用全波整流方式的谐振变换器与此类似，因此，本章分析所得的结论同样适合于采用全波整流的谐振变换器。开关网络谐振网络童）订卜，：，童一图一谐振变换器示意图

35、首先作如下的假设：（）变换器中的所有开关器件均为理想开关器件，无损耗、无导通压降，所有无源器件均为线性元件；（）忽略开关管死区时间，开关网络的输出电压¨（为准方波，即占空比为；（）不考虑开关管寄生电容的作用，认为其不参与谐振；（）输出滤波电容足够大，输出电压纹波非常小，可以近似认为输出电压是恒定的直流电压；（）忽略开关频率以上的高次谐波分量，只考虑其基波分量【】。谐振变换器的基频分量法分析根据上述假设，开关网络的输出电压嵋（力为准方波，因此可以采用傅里叶级数表示为：伽学磊扣删俘，由于谐振电容兼具隔直电容的作用，因此，对（）中的直流分量而言，谐振网络相当于开路，直流分量不产生有功功率，

36、所以只需要考虑交流分量对谐振网络的作用。根据假设（），可以将（力用其基波分量（力来代替，事实证明，这样的分析误差通常小于。基波分量的表达式为伽（）三（）（）因此，谐振变换器的电路可以等变换为图所示的等效电路。玉马一了（），一、天山一王图输入等效电路按照前面的假设，显然，谐振电流“力也是正弦波，其表达式为玉（）皿（一缈）（）其中，厶为谐振电流的有效值，够为谐振电流与输入交流电压之间的相位差。上一章节中已经讨论过，在谐振变换器正常工作时，变压器副边在大部分时间内被输出电压钳位，因此，整流电路的输入电压是幅值为的方波，并且与电流波形同相位，可以用傅里叶级数表示为如下形式，（）昙。：。，（咒万一缈）（）其基波分量为川（）（）（）基波分量的有效值为。：堕玩（）石根据上述的分析，整流桥输入电流盯（力为正弦波，并且与整流桥的输入电压相位相同，因此，可以将其表示为玉，），（；一够）（）其中，厶盯为整流桥输入电流的有效值。变压器的副边输出为电流型输出，可以用一个交流电流源来替代，因此变压器副边电路可以变换为如图所示的等效电路。产厂一，一、吐一图变压器副边等效电路整流桥输出电流为脉动的正弦电流，如图所示。经过输出滤波电容滤波后，其中的交流分量被滤除，剩余的直流分量即为变换器的输出电流厶，所以厶实际上就是“）的平均值，即：厶；妒“渺；舻们（万一伊）等“（）武汉理