【《LLC谐振变换器的工作原理分析综述》2400字】

LLC谐振变换器的工作原理分析综述目录TOC\o"1-3"\h\u12104LLC谐振变换器的工作原理分析综述 157151.1主电路结构 1186801.2LLC谐振变换器的工作原理和波形 2159111.1.1f>fs的工作原理 2107411.1.2fm<f<fs的工作原理 4277571.1.3f=fs的工作原理 7LLC谐振变换器在常规串联变换器和并联变换器的基础上形成并结合了各自的优点，谐振电容可以阻隔直流电流、谐振槽电流随负载变化、效率高，各方面较为理想。结构上，LLC谐振变换器和常规SRC、PRC和SPRC谐振变换器有很多相像的地方共同的，但工作原理不同，本章先对的拓扑进行介绍，接着细致分析的各个工作模态下的原理，对LLC谐振变换器进行深入的认识。1.1主电路结构如图1.1为LLC谐振变换器的电路图，它可以简要分为5块环节，即开关环节、谐振环节、整流环节、滤波环节和负载。由图可知，电路是以下元件组成：Q1、Q2是两个功率MOS管，其占空比都是0.5；DOSS1和DOSS2是Q1、Q2的体二极管，COSS1和COSS2是Q1、Q2的寄生电容；Cr是谐振电容；变压器的匝数比是：n：1：1，即Np：NS1:NS2；Lr是串谐电感，可用变压器漏感代替；Lm是并联谐振电感，可用变压器励磁电感来代替；D1和D2是副边整流二极管；CO和RO是输出电容和负载。图1.1LLC谐振变换器主电路LLC谐振变换器有两个谐振频率，一个是Lr和Cr共同作用，即fs，另一个是Lr、Lm和Cfs=12ΠLr•Crfm为实现原边开关管的零电压开通，也就是前文的软开关技术，常规SRC只能工作在f＞fs的情况下，但是LLC谐振变换器不但能工作在f＞fs和f=fs的范围内，还可工作在fm<f<fs。接下来将详细地分析工作原理及其波形。1.2LLC谐振变换器的工作原理和波形1.1.1f>fs的工作原理图1.2f>fs的工作波形根据图1.2，当f>fs，Lm会被电压钳位导致了不能参与谐振，由图将一个开关周期分成了10个阶段，在接下来的分析中，假定滤波电容CO非常达，非常接近一个稳定的电压源，其值为VO。假定谐振电流iLr的正向是自左向右，而励磁电流iLm的正向是自上而下。阶段一（t0-t1）：此阶段MOS管Q1、Q2都是关断的，电流的由波形图可知，此时电流的实际方向如下图，Q1的反并联体二极管导通，二次侧电流从NS1上方流出，整流二极管D1导通，一次侧向二次侧传输功率。图1.3a阶段一（t0-t1）阶段二（t1-t2）：此阶段t1时刻原边MOS管Q1正向开通，谐振电流从0开始正向增大，此阶段的电流方向如下图，励磁电感Lm被钳位，而二次侧是D1导通，一次侧向二次侧传输功率。图1.3b阶段二（t1-t2）阶段三（t2-t3）：此阶段一次侧MOS管和二次侧整流二极管的导通情况与阶段二一致，唯一的区别就是阶段三时变压器原边输入电流从阶段二的自下而上变为了自上而下，原边仍有能量传输到副边。图1.3c阶段三（t2-t3）阶段四（t3-t4）：此阶段Q1关断，寄生电容开始充电，Q2寄生电容开始放电，为Q2的ZVS开通做准备，实际电流方向如下图，二次侧整流二极管D1导通，一次侧向二次侧传输功率。图1.3d阶段四（t3-t4）阶段五（t4-t5）：此阶段MOS管的寄生电容已经充放电完成，为了Q2实现ZVS开通并且维持电流，Q2体二极管导通，由于励磁电流开始大于谐振电流，所以变压器一次侧的电流是反向，所以D2导通，一次侧仍向二次侧传输功率。图1.3e阶段五（t4-t5）第6阶段至第10阶段是开关的下一个半周期。分析方法与前半个周期相同，本文在此不再重复。1.1.2fm<f<fs的工作原理图1.4fm<f<fs的工作波形由图可知，当fm<f<fs时，励磁电感不在被输入电压钳位，这种情况下Lm也会参与谐振，接下来将一个开关周期分为12个阶段进行详细分析。阶段一（t0-t1）：此前两个MOS管的寄生电容完成了充电和放电，Q1的体二极管导通，电流的实际方向如下图所示。此时，只有谐振电感和谐振电容参与谐振。二次侧电流从NS1上方流出，整流二极管D1导通，一次侧向二次侧传输功率。图1.5a阶段一（t0-t1）阶段二（t1-t2）：t1时刻时，谐振电流降至零，然后开始正向增加，且Q1正向导通，其电流方向如下图所示，变压器一次侧电流为自上而下，因此，二次侧整流二极管D1接通，并且一次侧仍然向二次侧传输功率。图1.5b阶段二（t1-t2）阶段三（t2-t3）：此阶段与阶段三的管子导通情况相同，Q1仍然导通，唯一的区别就是励磁电感电流的方向由负变正，励磁电感电流和谐振电感电流如下图都是正方向流动，变压器一次侧电流自上而下，因此，二次侧整流二极管D1依然开通，并且一次侧将功率传输到二次侧。图1.5c阶段三（t2-t3）阶段四（t3-t4）：此阶段是fm<f<fs的独有，t3时刻正好iLm=iLr，因为Lm比较大，所以这个阶段持续很短，此时是原边的Lr、Cr、Lm共同参与谐振的阶段，所以变压器一次侧不会流入电流，进而导致二次侧的整流二极管都关断，一次侧不向二次侧传输功率，只有CO给负载提供。图1.5d阶段四（t3-t4）阶段五（t4-t5）：t4时刻，MOS管Q1关断，电路进入死区时间，电流给Q1的寄生电容充电，给Q2的寄生电容放电，到达t5时刻，充放电完成，变压器一次侧没有电流流入，所以副边同样没有电流，实现了而此次整流二极管的ZCS关断，需要CO给负载供能。图1.5e阶段五（t4-t5）阶段六（t5-t6）：t5时刻Q2的体二极管导通，为ZVS开通做准备，谐振电流和励磁电流都是正向，变压器一次侧输入电流如图所示，所以副边二次侧整流二极管D2开通，t6时刻开关管Q2将会开通，阶段六始终有能量从一次侧传输到二次侧。图1.5f阶段六（t5-t6）第7阶段至第12阶段是开关的下一个半周期。分析方法与前半个周期相同，本文在此不再重复。1.1.3f=fs的工作原理变换器在f=fs的原理与前两小节大同小异。f=fs其实是fm<f<fs的特殊状况。与fm<f<fs相比，只是少了三元件谐振的情况，谐振电流是一个完全正弦波，D1、D2中的电流为临界连续。图1.6f=fs的工作波形因为当小于或等于fm时，谐振网络呈容性，不能够实现ZVS，会产生很大损耗，所以不进行分析。经过以上的分析，不难看出，当fm<f<fs时，在相同的输入电压下，输出电压随着电容值的增大先升高后降低；反之则相反。因此在设计并