LLC Resonanzkonverter mit Current-Doubler Beschaltung

Resonanzkonverter wurden in den letzten Jahren immer häufiger eingesetzt, da sie durch einen relativ einfachen, kompakten Aufbau und guten Wirkungsgrad überzeugen. Bekannt sind Resonanztopologien schon lange, doch werden diese erst seit einigen Jahren erfolgreich eingesetzt. Der Grund dafür sind die verfügbaren Halbleiter und Kondensatoren welche vor 10 Jahren die benötigten Spezifikationen noch nicht erfüllten.

Eine mögliche Version einer Resonanztopologie ist der LLC-Konverter. Diese Topologie kann bei konstanter Schaltfrequenz auch bei variierender Last für fixe Ein- und Ausgangsspannung eingesetzt werden. Wirkungsgrade von grösser 97 % sind dabei gut erreichbar. Bei grossen Ausgangsströmen fallen die sekundärseitigen Kupferverluste stark ins Gewicht, was den Gesamtwirkungsgrad reduziert. Des Weiteren wird das thermische Design des Transformators, des Gleichrichters, sowie auch die Platzierung des Ausgangskondensators immer wichtiger.

Um dieses Verhalten zu verbessern, wird auf der Ausgangsseite ein Current-Doublers eingesetzt. Bekannt ist diese Art von Gleichrichtung vor allem bei Push-Pull-Stufen, Vollbrücken- oder Halbbrückentopologien, welche einen Vollbrückengleichrichter benötigen. Durch die zusätzlich gekoppelte Induktivität wird der Ausgangsstrom verdoppelt und die Spannung halbiert, was die Verluste auf der Ausgangsseite reduziert.

Bei dieser Arbeit galt es herauszufinden, ob der Current-Doubler auch für den LLC-Konverter einsetzbar ist. Mit der hergeleiteten analytischen Beschreibung konnte den Einfluss des Current-Doublers auf den LLC-Konverter beschrieben werden. Die daraus erhaltene Betrachtung hilft, den Konverter zu charakterisieren und liefert ein Designtool für die Auslegung der Komponenten. Mit einem aufgebauten 400 W Demonstrator konnte das Prinzip und die Vorteile des Current-Doublers aufgezeigt werden. Die Verifizierung mit der Simulation und Messung zeigen eine sehr gute Übereinstimmung.

Industriepartner: Infineon Technologies AG, München (DE)

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Datum 10.03.2017
Kategorien Elektronik ,
Energie
Institute IES
Projektleiter Prof. Kurt Schenk, PhD Simon Nigsch, MSc. FHO