LLC的欠諧振和過諧振狀態分析

電源漫談 發佈 2022-11-28T09:25:39.945140+00:00

大家好,我是公眾號電源漫談,前述文章,LLC電路的諧振工作模態淺析 ,詳細分析了LLC電路在諧振狀態下的典型波形和工作過程,但是實際運行中由於輸入電壓或者輸出電壓的變化使得LLC電路不一定運行於諧振狀態,本文簡要分析一下其它的一些工作狀態。一.

大家好,我是公眾號電源漫談,前述文章,LLC電路的諧振工作模態淺析 ,詳細分析了LLC電路在諧振狀態下的典型波形和工作過程,但是實際運行中由於輸入電壓或者輸出電壓的變化使得LLC電路不一定運行於諧振狀態,本文簡要分析一下其它的一些工作狀態。

一.LLC的欠諧振工作狀態

欠諧振,顧名思義,就是工作頻率低於諧振頻率,這種狀態下的工作情況本質和諧振狀態是一樣的,但是它的一些特殊區別會影響到副邊開關的行為。

在欠諧振狀態下,由於工作周期會比諧振周期長,那麼諧振腔電流的基波周期會比LLC的半周期短一些,在半周期結束之前就使得諧振電流達到了磁化電流,之後的一些時間(下一個半周期之前)內原邊諧振腔保持為磁化電流。

圖1 LLC諧振狀態的波形

我們回顧一下前面討論過的典型諧振狀態,從LLC典型諧振狀態的波形來看,當半周期結束時,原邊諧振腔電路的電流正好等於磁化電流,如圖1C的波形,這種狀態下諧振周期基本等於開關周期。

圖2 LLC欠諧振狀態的波形

而從欠諧振狀態的波形來看,由於諧振周期短於工作周期,所以在半周期結束前LLC的諧振腔電流就變為了磁化電流,如圖2的C波形所示,對於副邊使用二極體整流的拓撲來說,由於二極體只能單向導通電流,所以,當副邊電流過零時,二極體會自動關斷,如圖2的D和E所示,而相應的,如果副邊採用同步整流拓撲,則設計者可以通過對驅動波形的控制,在電流過零點關斷同步整流mosfet開關,這其中涉及到多種電流採樣技術,此處我們不做太多討論。

二.LLC的過諧振狀態

LLC的過諧振狀態,顧名思義,就是說工作頻率大於諧振頻率,相應的工作周期小於諧振周期。過諧振的一些運行行為和欠諧振相反。由於諧振周期大於開關周期,所以,在LLC的半周期末,諧振腔電流會大於磁化電流,而在接下來的死區時間內,腔電流會快速降低為磁化電流,進而開始新的半周期。

圖3 LLC過諧振狀態的波形

當過諧振時,由於諧振周期大於工作周期,所以原邊的主開關和副邊的同步整流開關可以同步運行,控制上相對簡單。

所以,總的來說,副邊同步整流開關的控制方式取決於開關頻率和諧振頻率的關係,在軟體上這是相對容易實現的。

從圖3的過諧振典型波形上看,LLC諧振腔電流在半周期結束前大於磁化電流,如C波形所示。

三.副邊同步整流的簡單討論

LLC的副邊拓撲採用同步整流會比二極體整流得到較小的損耗,提高效率。當採用二極體整流時,二極體上的損耗如圖4所示。它由二極體的正向壓降損耗和正向電阻損耗兩部分組成。

圖4 二極體損耗的表達式

圖5 同步整流mosfet損耗表達式

在副邊更換為同步整流開關後,其損耗主要是導通損耗,如圖5所示,這會大大減小副邊損耗,提高效率。

副邊整流輸出一般有兩種拓撲形式可以選擇,全波二極體整流或者全波中心抽頭整流,後者適用於低壓大電流場合,前者適用於高壓小電流場合。在副邊使用中心抽頭整流時,一般會將中心抽頭接到副邊地,變壓器兩端接副邊整流mosfet得漏極,其源極都是接地的,這樣的好處是容易驅動這樣的低邊mosfet,而不需要自舉電路。對於mosfet的驅動時序要求,我們在前兩部分中已經說明,此處不做討論。

總結,簡要分析LLC電路的欠諧振和過諧振狀態,分析其工作模式的基本特點和副邊mosfet驅動要求,為後續的分析做出鋪墊。

參考文獻:AN1336 DC/DC LLC Reference Design Using dsPIC DSC

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電源漫談電源漫談,知名美國半導體公司主任應用工程師,985碩士,多年電源研發經驗。內容主要為電源設計基礎,數字控制電源,基於單片機的混合型電源,單片機嵌入式設計,寬禁帶功率電子等電源相關話題原創文章及討論,致力於電源知識及電力電子應用的原創分享。91篇原創內容

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