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為何要運用LLC諧振電源以及如何實現(xiàn)零電壓開關

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2020年02月27日  

LLC諧振變換器的優(yōu)勢!電路分析架構如下:

第一,電路結構相對簡單,有較高的效率。

第二,它可以在整個運行范圍內,實現(xiàn)零電壓切換(ZVS)。所有寄生元件,包括所有半導體器件的結電容和變壓器的漏磁電感和激磁電感,都是用來實現(xiàn)ZVS的,ZVS的實現(xiàn)具備的參數特性如何分解;首先看看電路的工作機理:

LLC架構的穩(wěn)壓原理;將上述電路架構進行參數等效分析:

A.輸入電壓或負載(RL)變化時引起VR電壓變化

Zc=1/sCr??ZL=sLr??s=2лf

B.回路中確定Cr&Lr的參數:上述等效電路通過改變頻率使1/sCr+sLr(1/2лfCr+2лfLr)與Rac的分壓相應改變,最終維持負載電壓不變,即VR不變

當上面是有固定輸入的pFC電壓設計時,系統(tǒng)的負載變化時會造成系統(tǒng)工作頻率的變化,當負載增加時,MOSFET開關頻率減小,當負載減小時,開關頻率增大。

其電路的特點:

1.LLC諧振變換器可以在寬負載范圍內實現(xiàn)零電壓開關。

2.能夠在輸入電壓和負載大范圍變化的情況下調節(jié)輸出,同時開關頻率變化相對很小。

3.諧振變換器采用頻率控制,上下管的占空比各近似為50%.電路工作沒有偶次諧波分量,有好的EMI特性。

4.無需輸出電感,可以進一步降低系統(tǒng)成本。

5.對于低壓大電流設計如果輸出采用同步整流MOS,可以進一步提升效率。

設計中對于諧振電容的最小值要求:

Cr電容充當直流電源:存儲能量足以支撐Q2導通期間為負載提供能量

滿載功率為pomax,最大輸入電壓Vinmax,電容存儲的能量=直流電源的在Q1導通期間提供能量滿足如下公式要求:

Cr最小容值滿足:

通過對LLC變換器ZVS狀態(tài)下的模態(tài)分析:

在開關管關斷時刻,諧振槽路存儲的磁能必須大于兩個開關管輸出電容完成一次充、放電所需的電能,表示為:

式中Imoff是Q1關斷時刻磁化電感Lm的電流;節(jié)點Va處的總電容Czvs

為了防止直通現(xiàn)象,需要在兩個驅動信號之間增加一個死區(qū)時間Td,確保一個開關管徹底關斷后才允許另一個開關管開啟!

為了達到ZVS,在兩個MOSFET輪換開通之間存在死區(qū)時間TD。由于工作在感性區(qū)域,因此輸入電流滯后于輸入電壓,當半周期結束時,諧振腔的電流Ir仍然在流入,這個電流可以消耗儲存在Czvs上的電荷,從而使節(jié)點Va點的電壓降為零,所以在另一個開關MOS開啟時為零電壓開通。

在半周期結束時,諧振電流腔中的電流必須可以保證在TD時間內,將Czvs的電荷消耗完,這就是ZVS的充分條件!滿足基本表達式如下:

通過表達式:減少Td意味著增加Imoff,使得開關損耗和導通損耗增加。上式就變?yōu)榇呕姼凶畲笾档南拗茥l件;

對于LLC諧振電路來說死區(qū)時間的初始電流:

LLC諧振變換器能夠實現(xiàn)ZVS必須滿足:

通過上面的表達式,我們可以通過以下三種方式讓LLC實現(xiàn)ZVS.

第一,增加IZVS.

第二,增加死區(qū)時間。

第三,減小等效電容Cds1&Cds2或者器件的Coss.

在實際我們調試時發(fā)現(xiàn),在開機啟動時LLC-諧振變換器啟動時存在二極反向恢復硬開關問題;

LLC-諧振變換器啟動時二極反向恢復/理論分析(如下示意圖參考)

LLC-諧振變換器啟動時的二極反向恢復硬開關問題,如何改善?

由于LLC工作狀態(tài)是ZVS;建議盡量增大開通電阻Rg1on&Rg2on

LLC啟動時上管的D1反向恢復回路通過設計高頻C降低電流

我們是否還有更好的方法?當然優(yōu)秀的LLC設計控制IC也會是不錯的選擇的?。?br/>

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