LLC拓扑工作原理

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LLC是一种通过控制开关频率(频率调节)来实现输出电压恒定的谐振电路。它的优点是:实现原边两个主MOS开关的零电压开通(ZVS)和副边整流二极管的零电流关断(ZCS),通过软开关技术,可以降低电源的开关损耗,提高功率变换器的效率和功率密度。

LLC拓扑工作原理

1、什么是软开关,软开关是如何实现的

由于普通的拓扑电路的开关管是硬开关的,在导通和关断时MOS管的Vds电压和电流会产生交叠,电压与电流交叠的区域即MOS管的导通损耗和关断损耗。如图所示:

LLC拓扑工作原理

为了降低开关管的开关损耗,提高电源的效率,有零电压开关(ZVS) 和零电流开关(ZCS)两种软开关办法。

1.1、零电压开通

开关管的电压在导通前降到零,在关断时保持为零。

1.2、零电流关断

开关管的电流在导通时保持在零,在关断前使电流降到零。

LLC拓扑工作原理

注:ZVS开通 LLC 原边开关管 ZCS关断 LLC 副边整流管

由于开关损耗与流过开关管的电流和开关管上的电压的成绩(V*I)有关,当采用零电压ZVS导通时,开关管上的电压几乎为零,所以导通损耗非常低。

LLC拓扑工作原理

>:Vin为直流母线电压,S1,S2为主开关MOS管(其中CS1和CS2分别为MOS管S1和S2的结电容,并联在Vds上的二极管分别为MOS管DS1和DS2的体二极管),一起受控产生方波电压;

>:谐振电容Cr1 、谐振电杆Lr1 、 励磁电杆Lm1一起构成谐振网络;

>:np,ns为理想变压器原副边线圈;

>:二极管D1, 二极管D2,输出电容Co1一起构成输出整流滤波网络

1.3、LLC电路是怎么实现软开关

LLC拓扑工作原理

要实现零电压开关,开关管的电流必须滞后于电压,使谐振槽路工作在感性状态。LLC 开关管在导通前,电流先从开关MOS管的体二极管(S到D)内流过,开关MOS管D-S之间电压被箝位在接近0V(二极管压降),此时让开关MOS管导通,可以实现零电压导通;在关断前,由于D-S 间的电容电压为0V而且不能突变,因此也近似于零电压关断(实际也为硬关断)。

2、什么是谐振

LLC拓扑工作原理

与电阻不同,电感和电容都不是纯阻性线性器件,电感的感抗XL和电容的容抗Xc都与频率有关,当加在电感和电容上的频率发生变化时,它们的感抗XL和容抗Xc会发生变化。

当输入电压源的频率从0开始向某一频率增加时,LC电路呈容性(容抗>感抗),增益Gain=Vo/Vin随频率增加而增加,当从这一频率再向右边增加时,LC电路呈感性(感抗>容抗),增益Gain=Vo/Vin随频率增加而降低。这一频率即为谐振频率(此时感抗=容抗,XL=Xc=ωL=1/ωC),谐振时电路呈纯电阻性,增益最大。

谐振条件:感抗=容抗,XL=Xc=ωL=1/ωC

谐振频率:fo

LLC拓扑工作原理

谐振电路发生谐振,有三个参数可以调节。由于L和C的大小不方便调节,通过调节输入电压源的频率,可以使L、C的相位相同,整个电路呈现为纯电阻性,谐振时,电路的总阻抗达到或近似达到极值。利用谐振的特征控制电路工作在合适的工作点上。

3、谐振频率

LLC拓扑工作原理

对于LLC电路存在两个谐振频率即fr1和fr2,

一个谐振频率fr1是利用谐振电感Lr谐振电容Cr组成;

另一个谐振频率fr2是利用谐振电感Lr,励磁电感Lm,谐振电容Cr一起组成;

4、工作方式

开关频率f=fr1时, LLC谐振变换器工作在完全谐振状态,原边开关管可以实现ZVS,整流二极管工作在临界电流模式,此时可以实现整流二极管的ZCS,消除了因二极管反向恢复所产生的损耗;

开关频率fr2<f<fr1时,且谐振网络工作在感性区域时,LLC变换器原边开关管实现ZVS,且流过输出整流二极管的电流工作在断续模式,整流二极管实现ZCS,消除了因二极管反向恢复所产生的损耗;

开关频率f>fr1时, LLC谐振变换器原边开关管在任何负载下都可以实现ZVS,但是变压器励磁电感由于始终被输出电压所钳位,因此,只有 Lr、Cr 发生串联谐振,而 Lm在整个开关过程中都不参与串联谐振,且此时输出整流二极管工作在电流连续模式,整流二极管不能实现ZCS,会产生反向恢复损耗。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-441285.html

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