LLC工作原理分析

LLC工作原理分析目錄一、原理簡(jiǎn)介

1.0簡(jiǎn)介軟開(kāi)關(guān)1.1LLC三種工作狀態(tài)：fs=fR1、fs>fR1、fR2<fs<fR11.2fs=fR1工作過(guò)程1.3fs>fR1工作過(guò)程1.4fR2<fs<fR1工作過(guò)程1.5FHA等效模型1.6K值分析1.7Q值分析1.8LLC阻抗特性二、設(shè)計(jì)舉列

2.0設(shè)計(jì)步驟2.1舉例編輯課件軟開(kāi)關(guān)簡(jiǎn)介編輯課件對(duì)于LLC而言，通常讓開(kāi)關(guān)管在電流為負(fù)時(shí)導(dǎo)通。在導(dǎo)通前，電流從開(kāi)關(guān)管的體內(nèi)二極管流過(guò)，開(kāi)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(kāi)通MOS管，可以實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)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(kāi)關(guān)，開(kāi)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(kāi)關(guān)管零電壓開(kāi)通編輯課件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。編輯課件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)，必須使外加鼓勵(lì)的頻率高于諧振頻率。因此對(duì)于LLC，其最小開(kāi)關(guān)頻率不能低于fR2。從開(kāi)關(guān)頻率與諧振頻率的關(guān)系來(lái)看，LLC的工作狀態(tài)分為三種：fs=fR1fs>fR1fR2<fs<fR1編輯課件fs=fR1時(shí)工作波形

當(dāng)fs=fR1時(shí)LLC工作在完全諧振狀態(tài)編輯課件fs=fR1時(shí)工作過(guò)程在t0時(shí)刻前：上管Q1關(guān)斷，下管Q2導(dǎo)通。諧振電流通過(guò)Q2流通，變壓器向副邊傳遞能量，副邊二極管D2導(dǎo)通向負(fù)載提供能量。變壓器原邊被副邊電壓箝位，激磁電流線性上升。在t1時(shí)刻正好完成半個(gè)周期的諧振，諧振電流與激磁電流剛好相等。變壓器副邊無(wú)電流，二極管D2自然關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)ZCS。在死區(qū)時(shí)間t0-t1時(shí)段內(nèi)，激磁電流給Q1,Q2的輸出電容Coss1和Coss2充電，當(dāng)Coss1兩端的電壓為0V時(shí)，Q1的體二極管導(dǎo)通，電流通過(guò)體二極管流通，在t1時(shí)刻讓Q1導(dǎo)通，便可實(shí)現(xiàn)Q1的ZVS。編輯課件fs=fR1時(shí)工作過(guò)程當(dāng)Q1導(dǎo)通后，諧振電流通過(guò)Q1反向流通，諧振電流大于激磁電流，副邊二極管D1導(dǎo)通向負(fù)載提供能量。隨著諧振電流逐漸增大，到t2時(shí)刻，諧振電流為正，順向流過(guò)Q1，直至Q1關(guān)斷。t3-t4為死區(qū)時(shí)間，過(guò)程與t0-t1時(shí)段相同。隨后下管Q2開(kāi)通，開(kāi)始另一半周的工作，其過(guò)程與Q1導(dǎo)通期間的過(guò)程相同。從上面的波形可以看到，當(dāng)fs=fR1的時(shí)候，原邊電流波形為正弦波，Q1,Q2都是ZVS,副邊二極管D1,D2都是ZCS。編輯課件fs>fR1時(shí)工作波形當(dāng)fs=fR1及fs>fR1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)fs>fR1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)。編輯課件fs>fR1時(shí)工作過(guò)程在t0時(shí)刻前，Q1關(guān)斷，Q2導(dǎo)通，諧振電流通過(guò)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fs>fR1,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.編輯課件fs>fR1時(shí)工作過(guò)程在t1時(shí)刻前，Q1兩端的電壓為零，勵(lì)磁電流通過(guò)Q1的體二極管流通。此時(shí)使Q1開(kāi)通，Q1便是ZVS。Q1導(dǎo)通后，Ls,Cr開(kāi)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(kāi)始另一半周的工作，其工作過(guò)程與t0-t3相同。編輯課件fR2<fs<fR1時(shí)工作波形當(dāng)fR2<fs<fR1時(shí)，開(kāi)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。編輯課件fR2<fs<fR1工作過(guò)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(guò)Q1，副邊二極管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(guò)Q1。編輯課件fR2<fs<fR1工作過(guò)程由于fs<fR1,開(kāi)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(kāi)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(kāi)通。t4時(shí)刻，Q2導(dǎo)通，開(kāi)始另一半周的工作，其過(guò)程與t0-t4相同。編輯課件FHA等效模型對(duì)于諧振回路，起主導(dǎo)作用的是鼓勵(lì)的基波成分,因此我們用基波等效〔FHA)來(lái)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(chēng)為半橋中點(diǎn)，其電壓波形為一個(gè)幅值為Vdc的方波編輯課件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。

編輯課件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(kāi)關(guān)管的損耗會(huì)增大。K值越大Lm越大環(huán)路反響越慢，但開(kāi)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〔比方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(lái)減小開(kāi)機(jī)瞬間諧振回路的電流應(yīng)力。編輯課件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)域。

可以通過(guò)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%。編輯課件LLC的阻抗特性編輯課件設(shè)計(jì)步驟一、條件1、輸入電壓范圍：VinMIN—VinMAX(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編輯課件設(shè)計(jì)相關(guān)計(jì)算公式編輯課件舉例一、條件輸入電壓范圍：350—410Vdc額定輸入電壓：395Vdc額定輸出電壓：12Vdc〔25A〕輸出最大功率：Pout=3