طراحی و پیاده‌سازی مبدل رزونانسی LLC نیم‌پل با استفاده از تکنیک FHA

محورهای موضوعی : مبدل های الکترونیک قدرت

نوید صالحی ¹ (شرکت صنایع فرزانگان زاگرس، منطقه کاوه ویلاشهر، نجف آباد، اصفهان)
مجید دهقانی ² (شرکت صنایع فرزانگان زاگرس، منطقه کاوه ویلاشهر، نجف‌آباد، اصفهان)

تاریخ دریافت : 1393/10/11 تاریخ پذیرش : 1394/02/04 تاریخ انتشار : 1394/02/01

کلید واژه: مبدل رزونانسی LLC, مبدل نیم‌پل, تکنیک FHA,

چکیده مقاله :

اگرچه مبدل‌های رزونانسی LLC دارای سابقه نسبتاً زیادی می‌باشند، اما اخیراً این مبدل‌ها مخصوصاً با به کارگیری توپولوژی نیم‌پل از محبوبیت ویژه برخوردار شده‌اند. در بسیاری از کاربردها مانند ATX PCها و تلویزیون‌های صفحه تخت که نیازمند راندمان و توانایی انتقال چگالی توان بالایی هستند، استفاده از مبدل رزونانسی LLC نیم‌پل با توجه به معایب بسیار کمی که دارد، بهترین راه‌حل می‌باشد. یکی از مشکلات طراحی این مبدل، پیچیدگی روابط حاکم بر مدار و غیرخطی بودن معادلات است. در این مقاله از روش FHA به منظور تحلیل مدار استفاده شده است، که با در نظر گرفتن تنها هارمونیک اصلی از بسط فوریه ولتاژ و جریان، روشی مناسب برای به دست آوردن بهره ولتاژ مبدل ارائه می‌کند. سپس با استفاده از نرم افزار PSpice طراحی انجام شده شبیه‌سازی، و در انتها نتایج عملی مبدل ساخته شده برای توان 75 وات با راندمان حدود 93% آورده شده است. همچنین نتایج شبیه‌سازی تأیید کننده نتایج عملی می‌باشد

چکیده انگلیسی:

Although in existence for many years, only recently has the LLC resonant converters, in particular in its half-bridge implementation, gained in the popularity it certainly deserve. The advantages such as high efficiency, low level of EMI emissions, and its ability to achieve high power density are such features that suited for power supply demand of many modern applications such as ATX PCs and flat panel TVs. One of the major difficulties in concern with designing such converter is complex model and non-linear equations that cannot be easily used into a design procedure. So in this paper, design is based on the assumption that input-to-output power transfer is essentially due to the fundamental Fourier series components of currents and voltages. This technique known as First Harmonic Approximation (FHA) and is a proper method to obtain the voltage gain through solving the equivalent ac circuit of the resonant tank. The design simulated by Pspice and finally the experimental results show design procedure base on FHA technique.

منابع و مأخذ:

[1] I. Batarseh, "Resonant converter topologies with three and four energy storage elements", IEEE Trans. on Power Electronics, Vol. 9, No. 1, pp. 64-73. 1994.

[2] L. Hang, L. Zhengyu, Z. Qian, "Research of digital control strategy for multi-resonant LLC converter", Proceeding of the IEEE/ISIE, pp. 479-484, Vigo, June 2007.

[4] Baktash, A. Vahedi, “Modeling of pulsed transformer with Nano crystalline cores”, Journal of Intelligent Procedures in Electrical Technology, Vol.  5, No. 18, pp. 3-8, Summer 2014. (in Persian)

[4] N. Shafiyi, H. Farzanehfard, M. Jafarboland, “Steady state analysis of LCLC resonant converter with capacitive output filter”, Journal of Intelligent Procedures in Electrical Technology, Vol. 1, No. 1, pp. 57-65, Winter 2010. (in Persian)

[5] Lu, Bing, Wenduo Liu, Yan Liang, Fred C. Lee, Jacobus D. Van Wyk, "Optimal design methodology for LLC resonant converter", Proceeding of the IEEE/APEC, pp. 533-538, March 2006.

[6] R. Yu, G. K.Y. Ho, B.M.H. Pong, BW-K. Ling, J. Lam, "Computer-aided design and optimization of high-efficiency LLC series resonant converter", IEEE Trans. on Power Electronics, Vol. 27, No. 7, pp. 3243-3256, Dec. 2011.

[7] I. Batarseh, "State-plane approach for the analysis of half-bridge parallel resonant converters," IEE Proceedings-Circuits, Devices and Systems, Vol. 142, No. 3, pp. 200-204, 1995.

[8] N.H. Kutkut, C.Q. Lee, I. Batarseh, "A generalized program for extracting the control characteristics of resonant converters via the state-plane diagram", IEEE Trans. on Power Electronics, Vol. 13, No. 1,pp.  58-66, Jan. 1998.

[9] I. Batarseh, R. Liu, A. Ortiz-Conde, A. Yacoub, K. Siri, "Steady state analysis and performance characteristics of the LLC-type parallel resonant converter", Proceeding of the IEEE/PESC, pp. 597-606, Jun 1994.

[10] C. Oeder, A. Bucher, J. Stahl, T. Duerbaum, "A comparison of different design methods for the multiresonant LLC converter with capacitive output filter", Proceeding of the IEEE/COMPEL, pp. 1-7, June 2010.

[11] G. Ivensky, S. Bronshtein, A. Abramovitz, "Approximate analysis of resonant LLC DC-DC converter", IEEE Trans. on Power Electronics, Vol. 26, No. 11,  pp. 3274-3284, April 2011.

[12] M.P. Foster, C.R. Gould, A.J. Gilbert, D.A. Stone, C.M. Bingham, "Analysis of CLL voltage-output resonant converters using describing functions ", IEEE Trans. on Power Electronics, Vol. 23, No. 4, pp. 1772-1781, July 2008:.

[13] R.L. Steigerwald, "A comparison of half-bridge resonant converter topologies", IEEE Trans. on Power Electronics, Vol. 3, No. 2, pp. 174-182, April 1988.

[14] T. Duerbaum, "First harmonic approximation including design constraints", Proceeding of the IEEE/INTELEC, pp. 321-328, San Francisco, CA, 1998.

[15] ST., AN2450 Application note: "LLC resonant half bridge design guideline", ST online database.

[16] M. Arias, D.G. Lamar, F.F. Linera, D. Balocco, A.A. Diallo, J. Sebastián, "Design of a soft-switching asymmetrical half-bridge converter as second stage of an LED driver for street lighting application", IEEE Trans. on Power Electronics, Vol. 27, No. 3, pp. 1608-1621, Aug. 2012.