【《单相CLL谐振变换器拓扑分析案例》5200字】

)取k=4，由上式（2.11）可以得到在品质因数Q值改变的时候，对应的输入电压增益曲线，如下图2-11所示。图2-11CLL谐振变换器的增益曲线对图中的增益曲线进行分析，得到以下几个结论：1）（fn，G）=（1，1+1/k）这一点是谐振频率点，所有的增益曲线都会经过这一点，且在这一谐振频率点处的增益是大于1的，并且受到励磁电感Lm与折合到原边的谐振电感Lr。pri影响。2）fr、k、Zr可由谐振腔参数Lm、Lr。pri以及Cr确定，而且品质因数Q的值也可以被等效电阻Rac的值大小所影响，负载逐步加重（Rac的逐渐增大），品质因数Q逐渐增大，变换器的增益也会因此逐渐降低，需要保证在一个变换器处于满载状态下,有一个足够的等效电压和增益。3）空载状态下，对应着同一工作频率下的最大电压增益，但是在无穷远处变换器的增益是无限接近1的，这说明了，空载电路不具备降压的能力，这就要求我们调整对应参数，来满足变换器的增益范围需求。根据公式（2.11）可以得到不同谐振电感比k对应的输入输出电压的增益曲线，如下图2-12所示，此时Q取值为0.4图2-12CLL谐振变换器增益曲线根据上图2-12中的不同增益曲线的关系进行分析，可以得到下列几个结论：1）由于k值的变化，在谐振频率点的的各个曲线并未通过同一点，在这一点的增益的大小受k值的影响。2）分别假设Lr.pri、Lm保持不变，在k的值变小时，当折合到原边的谐振电感Lr.pri保持不变，则励磁电感的值Lm的值会减小，虽然在CLL谐振变换器中的励磁电感两端的电压并为受到钳位，但是励磁电感感值的减小一定会导致环流损耗的增加，从而增加变换器的总体损耗，降低效率；当励磁电感Lm的值保持不变时，折合到原边的谐振电感的值会增大，从而与励磁电感并联后的电感Ltr的值就会变大，在一个固定的谐振频率下，对应的谐振电容Cr的值会减小，导致对应的特性阻抗Zr的值会增大，在一个固定的品质因数下，负载就会变轻，导致这个谐振变换器的带负载能力的削弱。3）当谐振频率k值逐渐增大时,假设第一谐振的频率始终保持为一个恒定值,那么第二谐振的频率就一定会逐渐变小,这时候谐振变换器的最大调频范围就一定会逐渐变宽,除此之外,还可能会直接导致谐振变换器的最大功率增益逐渐减小,还会导致谐振变换器的最大增益减小，增益范围边窄。综上所述，关于k的选取需要进行折衷考量。软开关特性CLL谐振变换器的软开关条件，可以根据在增益曲线中加入阻性线进行判断，也即变换器的容性和感性的分界线。图2-13工作区域的划分如上图2-13所示，图中的阻性线，或者称作谐振网络的容性/阻性分界线。分界线和曲线fn=1将CLL谐振变换器的工作区域分为三个部分，即ZVS1、ZVS2以及ZCS区域，当工作频率低于谐振频率，且工作区间位于阻性线左下部分时，谐振网络呈现容性；当工作频率低于谐振频率时，且工作区间位于阻性线右上部分时，谐振网络呈现感性；而当工作频率高于谐振频率时，谐振网络则始终保持感性。在ZCS区域中，谐振网络的阻抗主要变现为容性，并且在这个时候的开关管存在较大的损耗，所以这一区域并不是理想的工作区域，而在ZVS1区域时，谐振网络的阻抗主要表现为感性，当工作在这个区间内，原边开关管的零电压导通得到了实现，但是副边的整流二极管并没有实现零电流关断，仍然存在反向恢复的问题没有被解决，但是当工作在ZVS2这一区域中，解决了二极管的反向恢复问题，同时实现了原边开关管的ZVS和副边整流热机关的ZCS，工作在这一区间内的CLL谐振变换器的效率得到显著的提高，应当尽量控制使变换器主要工作在这一区间内。对上图2-13进行简要分析，可以得到以下几个结论，若品质因数Q的值不断减小，那么谐振变换器得到最大增益的点会不断左移，离谐振频率点越来越远，同时最大的增益值也会不断地提高，可以看到图中，当Q的值取0时，最大增益的趋近于正无穷，并且增益曲线的整体倾斜程度也越来越大，愈发陡峭，这种陡峭的增益曲线的调节性能较好，较窄的频率变化范围就可以改变较宽的增益，而当Q的值不断增大时，最大增益点不断靠近谐振频率点，而当Q值足够大时，最大增益就等于1+1/k，恒大于1且值仅与k挂钩，不会收到Q值变化的影响，并且随着Q的不断增大，增益曲线的也开始变得非常陡峭，通常不会选取过大的Q值，并且在设计参数时，会选定满载的情况下，开关频率等于谐振频率。CLL谐振变换器与LLC谐振变换器简要对比CLL谐振变换器和LLC谐振变换器的直流增益特性的表达式都非常类似，都受到谐振电感比k、品质因数Q与工作频率等诸多参数的影响，但二者仍然存在有些许差别：首先是工作在谐振频率点时的直流增益有差别，LLC谐振变换器工作在谐振频率点的时候，直流增益的值恒定为1，且不受影响，而对于CLL谐振变换器，当其工作在谐振频率点时，直流增益的值恒定大于1，且收到谐振电感比的影响，具体增益的值为1+1/k。在损耗方便二者还存在一些区别，LLC谐振变换器由励磁电流和原边绕组电流共同构成谐振电流，而其中存在励磁电流这一无功电流，励磁电流并不会向副边传递能量，但是励磁电流会流经谐振电感，这就会导致附加的额外损耗。CLL谐振变换器将谐振电感配置在副边就解决了这个问题，但是同时也导致了其他问题，由于CLL谐振变换器的励磁电感两端的谐振电压与LLC谐振变换器电路不同，LLC谐振变换器电路励磁电感两端的电压被钳位在输出电压Vo，在假设输出电容足够大时，可以近似认为励磁电感两端的电压恒定不变，励磁电流的波形是一个标准的三角波，而在CLL谐振变压器电路中励磁电感两端的电压并不是一个恒定不变的值，同时会受配置在副边的谐振电感的影响，会导致励磁电流不是一个标准的三角波，这进一步导致励磁电流中的谐波含量较大，而这些谐波电