LLC原理与设计.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,要了解,LLC,，就要先了解软开关。对于普通的拓扑而言，在开关管开关时，,MOSFET,的,D-S,间的电压与电流产生交叠，因此产生开关损耗。如图所示,为了减小开关时的交叠，人们提出了零电流开关（,ZCS),和零电压开关,(ZVS),两种软开关的方法。对于,ZCS,：使开关管的电流在开通时保持在零，在关断前使电流降到零。对于,ZVS:,使开关管的电压在开通前降到零，在关断时保持为零。,导通过程中，大部分电流从,MOSFET,中流过，流过,Coss,的非常小，甚至可以忽略不计，因此,Coss,的充电速度非常慢，电流,VDS,上升的速率也非常慢。也可以这样理解：正是因为,Coss,的存在，在关断的过程中，由于电容电压不能突变，因此,VDS,的电压一直维持在较低的电压，可以认为是,ZVS,，即,0,电压关断，功率损耗很小。同样的，在开通的过程中，由于,Coss,的存在，电容电压不能突变，因此,VDS,的电压一直维持在较高的电压，实际的功率损耗很大。,因为,MOS,在开关过程中，开通损耗占很大比例，相反,IGBT,关断时由于尾拖电流造成的损耗就要比开通过程的损耗大，所以,IGBT,如果满足,ZCS,，,MOS,满足,ZVS,，,损耗就要小得多,。,最早的软开关技术是采用有损缓冲电路来实现。从能量的角度来看，它是将开关损耗转移到缓冲电路中消耗掉，从而改善开关管的工作条件。这种方法对变换器的效率没有提高，甚至会使效率降低。目前所研究的软开关技术不再采用有损缓冲电路，这种技术真正减小了开关损耗，而不是损耗的转移，这就是谐振技术。,谐振变换器主要由开关网络和谐振槽路组成，它使得流过开关管的电流变为正弦波而不是方波，然后设法使开关管在某一时刻导通，实现零电压或零电流开关,。,之所以,LLC,谐振腔要呈感性，是因为需要电压超前电流，一旦呈感性，则谐振腔的电流在上管开通前的流通方向是负的，正是因为这个负电流，才能给上管放电、下管充电，使得上管,MOS,两端的电压为,0,，开通前为,0,了，那么开通时便实现了,ZVS,。如果呈容性，同理可知上管开通前，谐振腔电流方向为正，下管靠体二极管来续流，上管截止，当开通的时候，下管体二极管由于反向恢复时间的存在，有可能会使母线电压短路，从而炸管。,从其本质上看，,LLC,电路实际上就是有两个谐振点的串联谐振电路,对于谐振电路而言，要使其呈现感性状态，必须使外加激励的频率高于谐振频率。因此对于,LLC,，其最小开关频率不能低于,fR2.,从开关频率与谐振频率的关系来看，,LLC,的工作状态分为,fs=fR1,fsfR1,fR2fsfR1,时的工作情况。当,fs=fR1,fsfR1,时，励磁电感不参与谐振，其特性就是一个串联谐振的特性。,在,t0,时刻前，,Q1,关断，,Q2,导通，谐振电流通过变压器耦合到副边，副边二极管,D1,关断，,D2,导通，向负载传递能量。变压器两端的电压被输出箝位，励磁电流线性增大。,到,t0,时刻，下管,Q2,关断。原边谐振电流向,Coss1,放电和,Coss2,充电，使,Q1,两端电压在死区结束前能降到,0,。由于,fsfR1,此时谐振电流大于励磁电流。因此谐振电流迅速减小到励磁电流。在谐振电流减小到励磁电流前，变压器副边仍有电流流动，变压器原边仍被箝位，副边整流二极管,D2,上的电流逐渐减小，当谐振电流等于励磁电流的时候，,D2,的电流减小到,0,，实现,ZCS.,图中电流波形之所以会突然被拉下来，是因为上管关断后，励磁电流与谐振电流仍不相等，所以励磁电感两端电压会被钳位在,nVo,，而此时谐振电容上有电压，谐振电流被“拉”到与励磁电流相等。,在,t1,时刻前，,Q1,两端的电压为零，励磁电流通过,Q1,的体二极管流通。此时使,Q1,开通，,Q1,便是,ZVS,。,Q1,导通后，,Ls,Cr,开始另一半周的谐振。副边二极管,D1,导通。,在,t2,时刻，谐振电流反向。直至,t3,时刻,Q1,关断，开始另一半周的工作，其工作过程与,t0-t3,相同。,由上面的分析和波形可以看出，当,fsfR1,时，,LLC,原边实现,ZVS,，副边实现,ZCS.,我们再来看一下当,fR2fsfR1,时候的情况。当,fR2fsfR1,时，开关周期长于谐振周期，原边激磁电感将参与工作。这种工作状态，也正是,LLC,与传统的串联谐振电路的区别所在,.,在,t0,时刻，上管,Q1,导通，下管关断。,Ls,与,Cr,谐振，谐振电流反向流过,Q1,，副边二极管,D1,导通，向负载提供能量。变压器原边被输出箝位，励磁电流线性增大,.,在,t1,时刻，谐振电流反向，正向通过,Q1,由于,fsfR1,开关周期长于谐振周期。因此到,t2,时刻，谐振电流与谐振电流相等。副边二极管电流降为,0,，自然关断。此后，,Ls,Cr,与原边激磁电感,Lp,构成谐振，由于谐振频率很低，,t2-t3,的时间远小于开关周期，因此电流近似为线性变化,在,t3,时刻，,Q1,关断。原边电流向,Coss2,放电，,Coss1,充电，使下管,Q2,能实现零电压开通,.,t4,时刻，,Q2,导通，开始另一半周的工作。其过程与,t0-t4,相同,。,由于,LLC,的工作频率在谐振频率附近,所以我们认为高次谐波的分量被衰减掉了,只有基波在工作,基波的值可以用傅立叶级数得到。,Ir1,的平均值是输出电流,Io,，可得到,LLC,的核心思想，是通过,f,（频率）实现稳压原理。请看下图,LLC,的,DC,特性,K,值的取值范围一般为,3-8,看变量,LLC,输入阻抗特性,最小增益,Gmin,的求解,从图上我们可以看到，当负载增大时，,Q,值也增大，,Q,值曲线左移，,Q,值曲线与增益曲线相交点的频率是降低的。因此我们可以看到当负载增加的时候，,LLC,的工作频率是减小的。从物理意义上来讲，当负载阻抗,Rac,减小的时候，,Lr,与,Cr,构成的串联谐振回路上的阻抗也要减小，以维持,Rac,上得到的分压不变。只有通过降低频率才能使,Lr,和,Cr,构成的串联阻抗减小。因此，当负载加重时，,LLC,的开关频率是减小的；当负载减轻的时候，,LLC,的开关频率是增大的。,谐振槽路各参数值,