LLC工作原理分析PPT課件

1、軟開關(guān)簡(jiǎn)介第1頁/共23頁 對(duì)于LLC而言，通常讓開關(guān)管在電流為負(fù)時(shí)導(dǎo)通。在導(dǎo)通前，電流從開關(guān)管的體內(nèi)二極管流過，開關(guān)管D-S之間電壓被箝位在0V（忽略二極管壓降），此時(shí)開通MOS管，可以實(shí)現(xiàn)零電壓開通；在關(guān)斷前，由于D-S間的電容電壓為0v而且不能突變，因此也近似于零電壓關(guān)斷。 要實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)，開關(guān)管的電壓必須滯后于電流。因此必須使諧振回路始終工作在感性狀態(tài)。LLC開關(guān)管零電壓開通第2頁/共23頁LLC半橋諧振電路及兩個(gè)諧振頻率 當(dāng)工作在重載的情況下的時(shí)候，由諧振電感（漏感）Lr，諧振電容Cr和負(fù)載R1構(gòu)成串聯(lián)諧振回路，諧振頻率為 ： 當(dāng)次級(jí)整流管不導(dǎo)通時(shí)，由諧振電感（漏感）Lr ，激磁電

2、感Lm和諧振電容Cr構(gòu)成串聯(lián)諧振回路,諧振頻率為 ： 從其本質(zhì)上看，LLC電路實(shí)際上就是有兩個(gè)諧振點(diǎn)的串聯(lián)諧振電路。 第3頁/共23頁LLC三種工作狀態(tài) 對(duì)于諧振電路而言，為了實(shí)現(xiàn)ZVS，要使其呈現(xiàn)感性狀態(tài)，必須使外加激勵(lì)的頻率高于諧振頻率。因此對(duì)于LLC，其最小開關(guān)頻率不能低于fR2。從開關(guān)頻率與諧振頻率的關(guān)系來看，LLC的工作狀態(tài)分為三種：fs=fR1fsfR1fR2fsfR1時(shí)工作波形當(dāng)fs=fR1及fsfR1時(shí)，勵(lì)磁電感不參與諧振，其特性就是一個(gè)串聯(lián)諧振的特性。當(dāng)fsfR1時(shí)，LLC原邊實(shí)現(xiàn)ZVS，副邊實(shí)現(xiàn)ZCS，副邊二極管工作在電流斷續(xù)的狀態(tài)。第8頁/共23頁fsfR1時(shí)工作過程 在

3、t0時(shí)刻前，Q1關(guān)斷，Q2導(dǎo)通，諧振電流通過變壓器耦合到副邊，副邊二極管D1關(guān)斷，D2導(dǎo)通，向負(fù)載傳遞能量。變壓器兩端的電壓被輸出箝位，勵(lì)磁電流線性增大。 到t0時(shí)刻，下管Q2關(guān)斷。原邊諧振電流向Coss1和Coss2充電，使Q1兩端電壓在死區(qū)結(jié)束前能降到0。由于fsfR1,此時(shí)諧振電流大于勵(lì)磁電流。因此諧振電流迅速減小到勵(lì)磁電流。在諧振電流減小到勵(lì)磁電流前，變壓器副邊仍有電流流動(dòng)，變壓器原邊仍被箝位，因此諧振電流的下降斜率為（Vc-n.Vo)/Lr, Vc為諧振電容上的電壓。副邊整流二極管D2上的電流逐漸減小，當(dāng)協(xié)整電流等于勵(lì)磁電流的時(shí)候，D2的電流減小到0，實(shí)現(xiàn)ZCS.第9頁/共23頁fs

4、fR1時(shí)工作過程 在t1時(shí)刻前，Q1兩端的電壓為零，勵(lì)磁電流通過Q1的體二極管流通。此時(shí)使Q1開通，Q1便是ZVS。Q1導(dǎo)通后，Ls,Cr開始另一半周的諧振。副邊二極管D1導(dǎo)通。 在t2時(shí)刻，諧振電流反向，直至t3時(shí)刻Q1關(guān)斷，開始另一半周的工作，其工作過程與t0-t3相同。第10頁/共23頁fR2fsfR1fR2fsfR1時(shí)工作波形當(dāng)fR2fsfR1時(shí)，開關(guān)周期長(zhǎng)于諧振周期，原邊激磁電感將參與工作。這種工作狀態(tài)，也正是LLC與傳統(tǒng)的串聯(lián)諧振電路的區(qū)別所在。 第11頁/共23頁fR2fsfR1fR2fsfR1工作過程 在t0時(shí)刻，上管Q1導(dǎo)通，下管關(guān)斷。Lr與Cr諧振，諧振電流反向流過Q1，副

5、邊二極管D1導(dǎo)通，向負(fù)載提供能量。變壓器原邊被輸出箝位，勵(lì)磁電流線性增大。在t1時(shí)刻，諧振電流反向，正向通過Q1。第12頁/共23頁fR2fsfR1fR2fsfR1工作過程 由于fsfR1,開關(guān)周期長(zhǎng)于諧振周期。因此到t2時(shí)刻，諧振電流與諧振電流相等。副邊二極管電流降為0，自然關(guān)斷。此后，Lr,Cr與原邊激磁電感Lm構(gòu)成諧振，由于諧振頻率很低，t2-t3的時(shí)間遠(yuǎn)小于開關(guān)周期，因此電流近似為線性變化。在t3時(shí)刻，Q1關(guān)斷。原邊電流向Coss2充電，使下管Q2能實(shí)現(xiàn)零電壓開通。t4時(shí)刻，Q2導(dǎo)通，開始另一半周的工作，其過程與t0-t4相同。第13頁/共23頁FHA等效模型 對(duì)于諧振回路，起主導(dǎo)作用

6、的是激勵(lì)的基波成分,因此我們用基波等效（FHA)來等效輸入模型分析電路。 對(duì)于諧振回路的輸入端，也就是Q1,Q2連接點(diǎn)，我們通常稱為半橋中點(diǎn)，其電壓波形為一個(gè)幅值為Vdc的方波第14頁/共23頁 從歸一化的增益公式，我們可以看到，影響LLC增益的因素有fn,k,Q. 對(duì)于fn,通常我們希望它穩(wěn)態(tài)時(shí)為1。 第15頁/共23頁K值分析我們可以改變k的數(shù)值，得到不同的Q值曲線圖 從上面不同的Q值曲線上，我們可以看到，K值越小，Q值曲線越陡峭，要獲取相同增益時(shí)，頻率變化越小。 那么K值是不是越小越好呢？答案是K值并不是越小越好。K值越小，意味著相對(duì)于相同的Lr, 勵(lì)磁電感Lm要越小，開關(guān)管的損耗會(huì)增大

7、。 K值越大Lm越大環(huán)路反應(yīng)越慢，但開關(guān)管損耗越小其效率越高，在實(shí)際應(yīng)用中我們可按需要去調(diào)整其大小值。通常情況下，我們把K值取在7-12之間。 在Lr較小Cr較大（比如用漏感作諧振電感的變壓器）時(shí)，在滿足增益的前提下，K值有時(shí)取到14-17 來減小開機(jī)瞬間諧振回路的電流應(yīng)力。第16頁/共23頁Q值分析 從曲線上我們可以看到，Q值越小，Q值曲線越陡峭，Q值曲線的右側(cè)為ZVS區(qū)域。因此我們可以找到Q值取值的最大值Qmax，它為L(zhǎng)LC最大的直流增益Mmax與Q值曲線相交的最大值，這一點(diǎn)是保證在Mmax下，也就是對(duì)應(yīng)最小頻率下能實(shí)現(xiàn)ZVS的臨界條件。如果選擇的Q值大于Qmax, LLC將會(huì)進(jìn)入ZCS區(qū)

8、域。 可以通過對(duì)LLC諧振回路的等效阻抗推導(dǎo)出Qmax. 在設(shè)計(jì)中，為了留有一定的裕量，我們通常取Q值為Qmax的90%-95%。第17頁/共23頁LLC的阻抗特性第18頁/共23頁設(shè)計(jì)步驟一、已知條件1、輸入電壓范圍：VinMINVinMAX(Vdc)2、額定輸入電壓：VinNOM(Vdc)3、額定輸出電壓：Vout(Vdc)4、輸出最大功率：Pout5、選擇諧振頻率：fr二、求1、計(jì)算變壓器匝比：n2、計(jì)算最大增益Mmax、最小增益Mmin3、計(jì)算最大工作頻率frmax、工作頻最小頻率frmin4、計(jì)算Q、Cr、Lr、Lm第19頁/共23頁設(shè)計(jì)相關(guān)計(jì)算公式第20頁/共23頁舉例一、已知條件輸入電壓范圍：350410Vdc額定輸入電壓：395Vdc額定輸出電壓：12Vdc（25A）輸出最大功率：Pout=300W選擇諧振頻率：fr=115KHz二、計(jì)算第21頁/共23頁問題討論一