基于LLC的大功率智能充电器的设计方案

阐述了半桥LLC谐振电路的工作原理和特性，并用MATLAB仿真了LLC谐振，并分析了其工作范围. 在此基础上大功率智能充电器，NCP1653用于提供PFC电路，而NCP1396（压控振荡器）为电路提供保护. 单片机芯片S3F84K4通过编程为电路提供智能控制，并设计了大功率智能充电器. 通过测试，该充电器可以实现良好的充电功能.

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0简介

充电器与人们的日常生活息息相关. 充电器的充电性能与充电电池的使用寿命和充电效率密切相关. 由于外部温度变化和电网电压波动，极大地降低了充电器充电性能的稳定性. 这就需要一个自我调节系统，该系统可以实时响应外部干扰，以确保充电的稳定性. 在这里，智能控制可以提供一个很好的解决方案. 电源行业已开始在其产品中使用智能控制，以通过单片机编程为电池提供保护，从而对过压和过流情况做出判断. LLC谐振转换器也越来越多地用于充电器中. LLC谐振转换器的拓扑具有一些优越的性能大功率智能充电器，可以在满载情况下实现一次侧开关管的零电压软开关（ZVS（Zero VoltageSwitch））. 次级整流二极管的电压应力较低，因此可以在高输出电压下实现高效率. 这使得LLC谐振转换器特别适合于高输出电压应用. 电源的未来发展方向是使用单个芯片来完成所有功能，包括: 脉冲宽度调节，反馈，过压和过流保护等.

以下是比亚迪（BYD）设计的基于单片机的智能充电器. 充电器可以智能地控制充电过程，系统中的管理电路还具有保护功能，可以防止由于电池的过充电和过放电而损坏电池.

1个LLC谐振转换器

此充电器的设计中应考虑整流滤波，能量转换，电路保护，软件设计等. LLC谐振转换器是能量转换的最重要部分，它与充电器的性能有关. 下面重点介绍其基本结构，数学模型和时序分析.

1.1 LLC谐振转换器的基本结构

图1显示了LLC谐振转换器的原理图. 串联谐振电感Lr，串联谐振电容器Cr和并联谐振电感Lm形成LLC谐振网络，并且Cr还起到隔直直流作用[3]. 在变压器次级，整流二极管直接连接到输出电容器Co.

图1 LLC谐振转换器的原理图

发生共振时，LC的固有共振频率为:

当Lr，Cr和Lm共振时，LLC固有共振频率为:

从公式（1）和（2），我们可以看到f1》 f2. 当负载RL变化时，可以将开关的频率（Q1，Q2）调整为在f1和f2之间变化，以使品质因数最大化. 使用此功能，可以轻松实现脉冲频率模型PFM（脉冲频率模型）. 品质因数表示如下:

LLC谐振网络需要两个磁性元件Lr和Lm.

但是，考虑到高频变压器的实际结构，可以将变压器的漏感用作Lr，并将变压器的磁化电感用作Lm，将磁性元件Lr和Lm集成到变压器中，因此可以大大降低磁性. 在设计中，仅需关注变压器的漏感和变压器的励磁电感. 因此，为了增加漏感，有必要在变压器中增加适当的气隙，控制变压器一次侧和二次侧的绕线方式可以提高品质因数.

1. 2 LLC数学模型分析

通过以上分析，图1所示的LLC谐振转换器的LLC等效模型显示了其图2所示的LLC等效模型.

图2 LLC原理图的等效模型图

电压传递函数为:

位置:

Q是品质因数.

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