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02 LCC谐振变换器―变压器匝比计算解析

声明:出于相互学习的目的,小编将个人思考整理归纳提供给各位朋友一起交流讨论,由于本人水平有限,如有不足之处还请谅解。

感谢各位朋友的支持,这是小编的第21篇原创贴。如果您恰好也对LCC谐振变换器感兴趣,希望对你有帮助,也欢迎一起交流讨论。

如果对LLC谐振变换器感兴趣的朋友,可以查阅“从零玩转LLC谐振电源设计(完结)”。这里系统的讲述了LLC变换器的原理及设计方法。

紧接上节内容”01 LCC谐振变换器―电感电流峰值计算解析“,本节着重讨论变压器匝比的确定方法。

下面进入正题……

这里首先给出LCC谐振变换器拓扑如图1所示。还是依据上节参考文献给出的参数,利用PSIM进行模型验证,根据波形更容易进行理论分析,仿真出各节点的关键工作波形如图2所示。

图1  LCC谐振变换器

图2  仿真波形

为了让大家更清楚的知道每个变量表达的意思,这里将把模型主电路图给出,如图3所示。

图3  LCC模型

本节主要讨论变压器匝比的计算方法,参考文献中匝比n定义为次边匝数比原边匝数,这里和我们惯性思维定义的不同,文献中遵循的是高压侧与低压侧之比。

定义:电流滞后电压ψ,副边整流二极管导通角θ。

在上一节中,讨论了原边谐振电感电流峰值的计算方法。这里在讨论变压器匝比计算的时候需要沿用上次的电流表达式的计算方法。

通过仿真波形(图2)可以看出电感电流是正弦波,由于电容Cp的存在,部分电流由Cp流通,所以流经变压器原边绕组的电流就不是正弦波。根据图2输出电流与变压器二次侧电流的波形,通过积分运算,可以得到输出电流与副边电流峰值的关系。

式中:c[1]表示为副边电流表达式,I[se_peak]表示为副边电流峰值,c[2]表示为输出电流。

这里可以将上述结果转换为

副边电流峰值表达式

根据变压器变比关系可以得到原边电流峰值表达式

接下来考虑变压器一次侧,电压超前电流ψ,从输入侧向输出侧看,负载呈感性。采用傅里叶级数将方波进行分解,采用基波近似法(FHA)进行分析。

原边方波的基波电压有效值、电流有效值分别为

这里先不考虑变换器的效率,假设输入有功功率等于输出有功功率,即

将上式代入化简可得变比n为

总结:本节主要应用了高数中的积分,傅里叶级数,三角函数相互转换;以及物理中的功率守恒。由此可见再复杂的变换器原理分析,使用的依然是初中、高中、甚至是大学所学的最基础的知识,重点就是在于知识的综合应用。

这里补充一下上节关于”01 LCC谐振变换器―电感电流峰值计算解析的第3种方法(也是文献中所给出的结果)的由来

同样,采用功率守恒定律列写功率守恒方程,即:

整理后可得电感峰值电流的第3种计算方法

参考文献

高压大功率场合 LCC 谐振变换器的分析与设计

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欢迎各位工程师朋友提出您们的宝贵意见。

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