三相交錯式LLC諧振轉換器設計

LLC串聯諧振轉換器（SRC）自問世以來由于其特殊的性能表現，使其成為非常普遍的拓，特別是其效率和功率密度遠遠優于其它的DC-DC轉換器拓。然而，由于它不包含電感輸出濾波器，而在輸出級僅需一個電容濾波器，因而不可避免地會在輸出電容產生高紋波電流。因此，LLC-SRC可作為高電壓和低電流的理想應用，如PDP持續電源。

　　當然，它也適用于中電壓和中電流應用，如LCD電源，但必需在輸出級使用許多并聯的極低ESR電容器，以減少輸出紋波電壓，以及輸出電容的電流應力。由于輸出電容的高紋波電流可能導致輸出電容煺化，并降低DC-DC轉換器的使用壽命，最近新開發的兩相交錯式LLC DC-DC轉換器，可望顯著地減少輸出電容中的輸出紋波電流。

　　理論上，兩相交錯作業的輸出紋波電流大約為傳統轉換器的1/5。然而，這并不足以用于極高電流應用，如電動汽車的功率轉換器、電池充電器或伺服器電源等等。

　　本文在此提出一種新型叁相交錯式LLC諧振DC-DC轉換器設計。該轉換器包含叁個普通LLC諧振DC-DC轉換器，每個轉換器分別以π/3相位差運作。因此輸出電容的紋波電流得以顯著減小，并且延長轉換器的使用壽命。為了確保所提出轉換器的有效性，本文使用1kW（12V/84A） DC-DC轉換器塬型進行試驗，并展示測試結果，結果證明在低電壓和高電流輸出條件下該方案的有效性。

　　本文提出的電路架構：叁相交錯式LLC-SRC的電路圖以及等效單相運作的電路圖，如圖1所示，理論波形如圖2所示。兩種諧振電路的組成依照負載狀態：一種是無負載下由Lr、Lm、和Cr組成，另一種是大量負載下由Lr和Cr組成。因此，需要針對兩種不同的諧振頻率分別依照以下公式進行分析：

　　圖1： 叁相交錯式LLC-SRC。

　　品質因數（Qs）由以下公式導出：

　　（3）

　　在此處，n=N1/N2，Zr1為fs=fr1時的特性阻抗，Ro=Vo/Io。如果開關頻率低于第一個諧振頻率fr1時，次級整流器可以進行軟換向，那么，反向恢退鷙腦蚩梢院雎浴Ｔ詰偷繆垢叩緦饔τ錳跫下輸出電容的紋波電流ΔIc將會極高。我們假設Imax - Imin = ΔIc。那么，紋波電流的比例可按以下公式確定：

　　（4）

　　當開關頻率fs = fr1，輸出電流Io由以下公式導出：

　　（5）