采用不对称半桥LLC拓扑做100W开关电源时,发现输入电压尖峰和谐振电容电流较大,于是便想着是否有减小的方法。于是想到了对称半桥,目前研究对称半桥LLC拓扑结构资料非常有限,于是抱着学习和探索的态度,对对称半桥LLC的工作过程进行了详细分析,分析发现,两者并没有太大的区别。为了分析方便易懂,一般常分析不对称半桥LLC拓扑。
1、假设条件
对半桥LLC谐振变换器进行稳态分析,首先对电路做出如下假设:
(1)MOS管为理想器件,寄生参数不参与谐振,对谐振的影响忽略不计;
(2)谐振电路的电感、变压器、电容等均为理想元件;
(3)忽略电路中的高次谐波,电路中只有基波传输能量;
(4)输出滤波电容值足够大,输出电压纹波忽略。
2、过程分析
对称半桥LLC拓扑工作波形
工作频率f_m<f_s<f_r
谐振电容C_r1与谐振电感L_r的电压相位相同,与谐振电容C_r2相位相差180度。
状态1 [t0,t1]
状态1:MOS管Q1导通、Q2截止,谐振电感电流I_(L_r )流过开关管Q1,励磁电感电流大于谐振电感电流I_(L_m )>I_(L_r ),剩余电流流过变压器原边绕组,二极管D3导通,励磁电感L_m被输出电压钳位,电压极性为上正下负,L_m不参与谐振,t1时刻谐振电感L_r、谐振电容C_r1、 C_r2电流均过零,电压分别达到最值。
状态2 [t1,t2]
状态2:MOS管Q1开通、Q2截止,变压器原边电压极性上正下负,副边电压极性也为上正下负,二极管D3导通、D4截止。励磁电感L_m被原边电压钳位,不参与谐振,由L_r、C_r1、 C_r2参与谐振,t2时刻谐振电流过零,I_(L_m )>I_(L_r ),一段时间后励磁电感电流过零,I_(L_m )<I_(L_r ),剩余电流流过原边绕组。t_1时刻,谐振电容C_r1、 C_r2电流过零,电流均反向,其值逐渐增大,当达到最大值后逐渐减小,C_r1电压达到最大值、C_r2电压达到最小值,流过谐振电容的电流分别为C_r1放电、C_r2充电。
状态3 [t2,t3]
状态3:MOS管Q1开通、Q2截止,变压器原边电压极性上正下负,由于开关频率小于谐振f_s<f_r,则励磁电感电流等于谐振电感电流I_(L_m )=I_(L_r ),谐振电感L_r的电压会发生突变,其电压为U_(L_r )=V/π∙L_r/L_m ,励磁电感L_m参与谐振,变压器原边绕组无电流。二极管D3、D4均截止,负载能量由输出滤波电容Co提供。谐振电容C_r1、 C_r2的电流方向保持不变,数值逐渐增大,其值为I_(C_r1 )=I_(C_r2 )=I_(L_m )/2。
状态4 [t3,t4]
状态4:MOS管Q1、Q2均截止,t3时刻进入死区,谐振电感电流I_(L_r )为开关管Q1寄生电容C1充电、Q2寄生电容C2放电,剩余电流流过变压器原边绕组,二极管D4导通,励磁电感L_m被输出电压钳位,电压极性为上负下正,L_m不参与谐振,由L_r、C_r1、 C_r2参与谐振。谐振电容电流方向不变,值逐渐减小。当电容C1充电完成、C2放电完毕,Q2体二极管D2导通,为零电压开通ZVS做准备,一部分电流流入电源,另一部分电流为谐振电容C_r1放电。