LLC实现大功率智能充电器

　　引 言

　　充电器与人们的日常生活密切相关，充电器充电性能的好坏与被充电池的使用寿命、充电效率等息息相关。下面介绍的就是一款应比亚迪公司(B YD) 的要求，设计出的一种基于单片机的智能充电器。该充电器对充电过程进行智能控制，系统中的管理电路还具有保护功能，可防止电池的过充和过放对电池造成损坏。

　　1 LLC 谐振变换器

　　本充电器设计中要考虑整流滤波、能量转换，电路保护、软件设计等。 而LLC 谐振变换器是能量转换中最重要的部分，关系到充电器性能的好坏。 下面着重介绍其基本结构、数学模型及时序分析。

　　1. 1 LLC 谐振变换器的基本结构

　　图1 所示为LLC 谐振变换器的原理图。 串联谐振电感Lr 、串联谐振电容Cr 和并联谐振电感Lm ,构成LLC 谐振网络， Cr 也起到隔直作用[3 ] . 在变压器次级，整流二极管直接连接到输出电容Co上。

　　图1 LLC 谐振变换器的原理图

　　当发生谐振时，LC 的本征谐振频率为：

　　当Lr , Cr 和Lm发生谐振时，LLC 本征谐振频率为：

　　由式(1) 、(2) 可知f1 > f2 ,当负载RL 变化时，可以调节开关(Q1 、Q2 ) 频率在f1 和f2 间变化，使品质因数达到最大。 利用这种特性，可以方便地实现脉冲频率模式PFM( Pul se Frequency Model) ,品质因数表示如下：

　　LLC 谐振网络需要两个磁性元件Lr 和Lm。

　　然而，考虑到高频变压器实际结构，可以把磁性元件Lr 和Lm 集成在一个变压器内，利用变压器的漏感作为Lr , 利用变压器的磁化电感作为Lm , 这样一来，可以大大减少磁性元件数目。 在设计时，只要重点设计变压器的漏感与变压器磁化电感即可。 因此， 为增加漏感， 需要在变压器中加入适当的气隙，并且控制变压器原、副边的绕线方式可以提高品质因素。

　　1. 2 LLC 的数学模型分析

　　通过上述分析，由图1 的LLC 谐振变换器的原理图得其LLC 等效模型如图2 所示。

　　图2 　LLC 原理图的等效模型图

　　电压传递函数为：

　　其中：

　　Q 为品质因数。