LLC谐振变换器作为谐振开关技术的重要拓扑之一,具有高效率,调压特性好,宽负载变化范围内工作特性优良等特点,应用场景广阔。本篇文章对LLC变换器的常见拓扑结构、调制方式以及工作模态进行讲解。
一、拓扑构成
LLC谐振变换器威廉希尔官方网站 拓扑主要包含开关威廉希尔官方网站 、谐振威廉希尔官方网站 以及整流威廉希尔官方网站 三个部分。LLC谐振变换器的拓扑结构多样,下面是两种常见的威廉希尔官方网站 结构。以全桥LLC变换器为例,开关威廉希尔官方网站 为由开关器件S1~S4构成的全桥逆变威廉希尔官方网站 ;谐振威廉希尔官方网站 包含谐振电感Lr、谐振电容Cr以及励磁电感Lm,并与变压器原边连接;变压器副边为由二极管D1、D2构成的全波不控整流威廉希尔官方网站 ,与输出电容Cf连接后接入负载。
二、调制方式
LLC谐振变换器常用的调制方式有脉冲频率调制(PFM)、移相调制(PSM)以及脉冲宽度调制(PWM)。由于LLC变换器的谐振特性,脉冲频率调制(PFM)方式最为常用。此外为了提升变换器的工作性能,一些混合控制方式被陆续提出。各种常用调制方式的电压增益范围、控制参数以及调制特点如下。
三、工作原理分析
本篇以常用的PFM调制模式为例,对全桥LLC变换威廉希尔官方网站 进行工作模态分析。LLC串联谐振威廉希尔官方网站 包含两个谐振频率,一个是由谐振电感Lr、谐振电容Cr与励磁电感Lm谐振产生的第一谐振频率fm,另一个是由谐振电感Lr与谐振电容Cr产生的第二谐振频率fr,两者表达式如下:
四、LLC常见问答
�为什么中小功率电源LLC网络要在感性区域工作?
LLC网络存在感性、容性和纯阻性三种状态。
①工作在纯阻性区域时,网络具有最高的品质因素和最佳的网络特性;②工作在容性区域,网络实现零电流切换(ZCS)关断,适合使用IGBT;③工作在感性区域,网络容易实现零电压切换(ZVS)开通,比较适合使用MOSFET。由于中小功率电源普遍使用MOSFET,因此常规的LLC拓扑开关电源选择在感性区域工作。
�ZVS1和ZVS2各有什么优缺点,如何选择?
LLC网络的增益曲线下图所示。
ZVS1区不能实现次级整流管的零电流切换(ZCS)关断,存在反向恢复问题;而在ZVS2区可以实现次级整流管的ZCS关断,不存在反向恢复问题。
从理论上讲,工作在ZVS2区域的效率高于ZVS1区域,同时也要考虑短路性能等问题,建议选择略大于谐振点的工作点。
�LLC初级MOSFET是ZVS关断还是ZCS关断?
LLC工作在感性区域时MOSFET可以实现ZVS开通,但器件关断既不是ZVS也不是ZCS,是一个硬关断过程,关断损耗不可避免。
对于MOSFET而言,开通损耗相对关断损耗大很多。因此LLC变换器是通过减少开通损耗以达到威廉希尔官方网站 效率的提升。
�满足ZVS的两个必要条件是什么?
首先,LLC威廉希尔官方网站 在其整个负载范围内都必须处于感性区域,这是最基本的条件。其次,还有一个常常被忽视的条件。为了实现开关管的ZVS,励磁电感的峰值电流须在死区时间内完成导通开关管的结电容放电,以及关断开关管结电容充电。因此,励磁电感峰值电流(Ipk)与死区时间(tdead)应满足:
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