经典开关电源中的LLC谐振拓扑
电路一点通 2024-06-14
LLC电源拓扑顾名思义该拓扑是由两个感抗器件和一个容抗器件组成的,一个是谐振电感Lr,一个变压器(原边感量为Lm)和一个谐振电容Cr,三个器件串联形成谐振腔。

加上原边开关管和副边整流电路,即可形成经典的开关电源中的LLC谐振拓扑的基本结构。全桥LLC拓扑
对称半桥LLC拓扑
非对称半桥LLC拓扑
接下来,我们取其精华去其“糟粕”,得到如下图结果。
采用“基波简化法”,并将变压器去掉,得到等效电路图如下图。
其中
根据该图可以推出其增益函数:
其中
下面我们来分析分析k和Q对增益M的影响。先保持Q不变改变k值,得M的增益图像。这里我们选择Lr=133uF,Cr=33nF。
由该增益图可知,k值越小,在相同的频率下其增益M越大,同时可以看到其增益曲线相对也更陡峭,也就是意味着较窄的频率范围内能很好地调节输出电压的大小,使得变压器容易设计,但是,我们知道k=(Lm+Lr)/Lr,也就是在保证决定谐振频率参数Lr、Cr不变的情况下,我们只能减小Lm,这就会导致变压器的励磁电流加大,从而使谐振腔的环流变大,增加损耗,降低了效率和增加了温升问题。我们继续分析保持K值不变,改变Q值会对增益M带来什么影响。


进入圈子,回复 :交流

可见,Q值越大,增益M越小,这个现象也可以这样理解,我们知道Q值表达式
所以Q越大,在Lr和Cr不变的条件下,也就是负载电阻Rload越小,再从等效电路图中可以知道Rac//Lm的分压比值也就减小了。所以,在设计LLC的谐振参数时,必须要确保在满载条件下的Q值满足一定的增益M能使得输出电压达到设计要求。分析这两个波形图,我们可以看到所有波形均有一个特点,就是他们都经过同一个点,而这个点就是(fr,1),这说明当开关频率为谐振频率时,LLC的增益M与负载无关。我们做个仿真,选择谐振电感Lr=234uH,谐振电容Cr=15nF,得谐振频率fr=84.95kHz。
设置输出电流0.5A,工作频率f=fr。得输出电压Vout=24.7V。
设置输出电流5A,工作频率f=fr。得输出电压Vout=24.4V。
以上两种相差10倍的输出电流,输出电压仅差0.3V,这是由于器件的寄生电阻和84.95kHz只是接近于1/(2*pi*Lr*Cr)导致的。

进入圈子,回复 :交流

接下来,我们在开环状态下分析分析谐振、上谐振和下谐振时的波形情况。以下波形中波形含义。VSW:谐振腔电压;Ir:谐振腔电流;Im:变压器励磁电流;Ip:传到变压器副边的电流(=Ir-Im);VS:变压器副边电压;Is1:流过副边整流二极管D1的电流;IS2:流过副边整流二极管D2的电流;Vout:输出电压。1、谐振:开关频率fsw=fr。从仿真波形可得,原边Ir呈标准的正弦波形,副边二极管电流刚好下降到0时,截止导通,这就形成了二极管的“零电流”关断,这种工作状态下,二极管没有反向恢复的导致的电流尖峰震荡,使得损耗减小,以及很好地改善EMI问题。

2、上谐振:fsw>fr。从仿真波形可得,原边Ir本是正弦波形却被砍了一刀,也就是在较高电流条件下,关断原边MOS管导致较高的开关损耗,副边二极管也不能形成了 “零电流”关断。

3、下谐振:fsw

由于是开环状态下进行仿真,所以上述三种工作模式下,输出电压不一样。上谐振输出电压小于谐振点小于下谐振,这与上面所分析的增益M函数图一致。 


声明: 本文转载自其它媒体或授权刊载,目的在于信息传递,并不代表本站赞同其观点和对其真实性负责,如有新闻稿件和图片作品的内容、版权以及其它问题的,请联系我们及时删除。(联系我们,邮箱:evan.li@aspencore.com )
0
评论
  • 相关技术文库
  • 电源
  • DC
  • AC
  • 稳压
下载排行榜
更多
评测报告
更多
EE直播间
更多
广告