器的效率f。而谐振变换器可以利用电路中的寄生参数参与工作，因此它适 用于高压直流电源中，同时谐振变换器可以实现零电压导通或零电流的开通与关断，降低噪声，减小开关损耗，提高开关频率，降低变换器的体积。
1.1.2 国内谐振式变换器研究的情况
谐振变换器可通过谐振元件的谐振实现开关管的零电压开通或零电流关断，具有较高的效率。由于开关损耗小，变换器可工作在较高频率下，它的体积小，功率密度大。谐振变换器已在DC-DC变换器中得到了广泛应用，并在不断地发展之中。在两元件的串、并联谐振变换器研究基础之上，多元件的谐振变换器，如 LLC[1-5]、LCC[8]等，也逐渐得到应用。目前研究的谐振变换器实现的多为电压源的功能，对实现恒流源性能的谐振变换器的研究还比较少。而恒流源在商业、工业、医疗等方面已得到日益广泛的应用，例如电容器充电、蓄电池充电、电弧焊、发光二极管的驱动等。电力电子及开关电源技术因应用需求不断向前发展,新技术的出现又会使许多应用产品更新换代,还会开拓更多更新的应用领域。开关电源高频化、模块化、数字化、绿色化等的实现,将标志着这些技术的成熟,实现高效率用电和高品质用电相结合。这几年,随着通信行业的发展,以开关电源技术为核心的通信用开关电源,仅国内有20多亿人民币的市场需求,吸引了国内外一大批科技人员对其进行开发研究。开关电源代替线性电源和相控电源是大势所趋,因此,同样具有几十亿产值需求的电力操作电源系统的国内市场正在启动,并将很快发展起来。还有其它许多以开关电源技术为核心的专用电源、工业电源正在等待着人们去开发。
1.1.3 谐振式变换器的发展概况
谐振变换器是使用很广泛的一类软开关，从1984年美国的Le．F．C．教授等人提出谐振开关的概念，用谐振开关单元来代替基本PWM变换器中的开关单元，形成准谐振、多谐振开关变换器。在这类变换器中，通过谐振使开关器件上的电流或电压按准正弦规律变化，从而可以实现零电流或零电压丌关条件。准谐振与多谐振变换器可分为零电压开关准谐振变换器,零电流开关准谐振变换器,零电压开关多谐振变换器.谐振变换器可以通过谐振元
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第1章 绪论
件的谐振实现开关管的ZVS或ZCS，具有较高的效率。由于开关损耗小，变换器可以工作在较高频率下，它的体积小，功率密度大。谐振变换器已经在DC-DC；变换器中得到了广泛的应用，并在不断地发展之中。谐振变换器是依靠改变开关网络的工作频率实现对输出量的控制的，因此它是一种变频控制的谐振型开关调节系统。谐振技术的应用．可以方便地得到开关管的驱动信号，降低电源的体积和成本。除此之外．通过调整谐振电容值可以控制振荡器的输出频率，方便地实现高压开关电源的高频化．从而使得高压电源的体积大幅度减小目。相比线性电源，开关电源的效率和噪声也得到了大幅度的改善。在PWM逆变电路中，常规的硬开关PWM逆变器的开关频率不能太频繁，这是因为受到许多因素的制约，例如，开通和关断瞬间产生的电压和电流存在叠加部分，使器件产生开通损耗关断损耗，而且这种功率损耗随开关的频率增加而加大。开通和关断瞬间产生的电压尖峰和电流尖峰使开关器件的波形急剧突变，开关器件的电流或电压运行轨迹可能超出安全工作区，影响开关的可靠运。二极管的反向恢复问题：二极管由导通变为截止时存在反向恢复期，在此期间内，二极管仍处于导通状态，若与其串联的开关器件此时立即开通，容易造成直流电源瞬间短路。产生很大的冲击电流，轻则引起该开关管和二极管损耗急剧加大，重则致使其损坏。开关器件产生的电压和电流过高，将产生严重的电磁干扰。由低压蓄电池组料电池等供电的逆变电源系统，常采用两级串联电路结构化为隔离通前压电路，将低的电池电压转换成恒定的高压直流母线电压后级为变换器，在这些系统中，限的电池储能对系统的效率提出了更高的要求即使是中等功率的应用，电池的电流也将达到电池电压的上百倍。因为电路损耗大多在前级电路上，因此研究如何 改善前级电路的效率是非常重要的。开关电源可通过降低电源部分的损耗，控制小型化所致的温升，并可通过提高开关频率，使电容器和变压器等以小型化和低成本方面远赶不上电子设备本身的发展，致使其在电子设备中所占的比例成了当今电子设备中的一个不容忽视的问题。
目前研究的谐振式变换器以稳压电源的研究为主，恒流源的研究还比较 少。而恒流源在商业、工业、医疗等方面已经得到日益广泛的应用，例如电容器充电、蓄电池充电、电弧焊、发光二极管的驱动等。
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1.2 选题的依据和意义
开关电源可通过降低电源部分的损耗，控制小型化所致的温升，并可通过提高开关频率，进一步使电容器、电感和变压器等得以小型化和低成本化。然而，由于电源的开关频率受到一定限制，在轻量和低成本方面远赶不上电子设备本身的发展，致使其在电子设备中所占的比例，已成为当今电子设备发展中一个不容忽视的问题。
谐振式变换器就是为解决开关电源的这类问题而研究开发的一种电路形式，已成为当今电源技术中的一个中心课题引起了人们的普遍关注。但是，谐振式变换器在实用方面还有许多有待解决的问题，而且根据谐振式变换器所需技术，在原理上也还有不少难以解决的问题。谐振式变换器可以解决这些电源技术的问题及其有很好的解决前景。但谐振型软开关技术远末达到成熟的程度，有许多问题值得进一步的研究。比如：如何通过比较简单的拓扑结构实现逆变器的软开关，同时并不增加开关器件的电压和电流应力；什么样的控制方式更适合于软开关逆变器；怎样设计高频谐振电感更合理，更有效，怎样制作在大功率、高频率下的电容。
谐振变换器是一种适应于高频化电路方式，要使之达到实用就必须解决以下几个问题：第一：频率固定情况下难以直接进行电压调整的问题；第二：开关元件的应力问题；第三：电感和电容的发热问题。其中，电压调整问题最难解决，在电流谐振式里通过开关的电流的宽度和在电压谐振式里加在开关的电压宽度都分别由电路确定。如果开关频率为固定值，要控制占空比，就必须使周期发生变化。但改变开关频率使伴随开关启闭产生的噪声的频谱发生变化，就不利于噪声的抑制。另外，决定变换器尺寸的磁器件和电容器要按最低频率设计，这样就未必能实现最小化。因此，在对谐振式变换器进行频率控制时，要选择负载特性尽可能平坦，输出阻抗小和输出电压队频率变化敏感的电路方式。
对于开关应力问题。电流谐振式其正弦波输出电流的波形与负载成正比增大，因而半导体开关元件的功耗及其驱动功率会随之增大。电压谐振式在断开状态时，开关上电压波形的峰值会随负载增大，所以开关要采用高耐压
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第1章 绪论
元件。对于这些问题，目前正研究采用辅助开关加以电流或电压钳位，以减轻应力。
谐振式变换器除开关元件的应力问题外，同时还有一个加在构成谐振式电路的电感和电容上的重负的问题。尤其重负载时，会给电感和电容以过压而增大电流振幅，并因此增大高频损耗。所以，为控制电感的发热和实现最小化，要开发对高频特性好，热阻抗低以及能确保一定导磁率和矫顽力的材料。另外，再电容器方面也需要开发对高频拥有充分电流容量和等效串联电阻小的元件。
谐振式变换器拓扑是在传统的并联谐振式变换器拓扑上添加了一个附加电感后形成的新型变换器拓扑，该变换器在一定条件下可以实现输出电流 与负载无关的特性。对变换器的品质因数Q进行优化设计，使其可以在更宽的负载范围内实现输出电流的恒定，并降低了恒流特性对开关频率漂移的敏感性。选择本课题是为了让自己能更好的理解和掌握我们所学的知识，使自己所学的知识运用到实践中去。研究本课题能使自己更好的了解到谐振式变换器的作用以及变换器给我们生活带来极大的便利。通过对它的研究能使自己知识得到更好的应用，并能够提高自己的独立思考和实践的能力，为以后能在社会上立足奠定了良好的基础。
1.3 课题研究的目的和研究的内容
本课题所要研究的LCL谐振变换器是一个可实现恒流源性能的谐振变换器，它具有传统谐振变换器的优点，同时该变换器可通过自身谐振参数的合理设计，在一定工作条件下实现输出电流与负载无关的特性，另外还可实现原边开关管的ZVS，具有较高的效率。一些文献已验证了LCL变换器的恒流源特性，并提出了相应的控制方式。本课题除了对最本的电路图仿真和设计，对变换器的品质因数Q进行优化设计，使变换器可在更宽的负载范围内实现输出电流的恒定，同时保证谐振电感，谐振电容和变压器在一定范围内，符合变换器的体积和效率上的要求。除此之外，借此毕设机会提高自己独立思考的能力，并使自己的学的专业知识能更好的得到应用，通过这一学期的毕设使自己以后能更好的在社会上立足。
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本课题的研究目的就是对LCL谐振式变换器进行仿真研究分析，并设计出控制电路，使其能更好的实现横流输出。因此本课题研究的内容主要有以下几方面：
（1）通过查阅资料对LCL谐振式变换器的工作过程及它作为恒流源工作时的原理分析与参数设计过程。
（2）对LCL谐振式变换器分段工作过程进行数学推导，并进行主电路开环仿真研究。
（3）对品质因数进行分析，通过对曲线的分析来选择合理的Q值。 （4）进行各部分工作后，最后合理地设计出LCL谐振式变换器的控制电路。
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