06交錯並聯全橋LLC之工作原理

艾伊電源 發佈 2024-04-28T05:15:53.417060+00:00

該電路一般用於輸入線電壓為380V的三相整流模塊的DC-DC變換電路。對於此類整流模塊,母線電壓一般在800V左右。如果DC-DC變換電路依舊採用單個的兩電平LLC電路,DC MOS管必須採用1200V耐壓的MOS管。當前市面上這種MOSFET較少,且價格都很貴。

該電路一般用於輸入線電壓為380V的三相整流模塊的DC-DC變換電路。對於此類整流模塊,母線電壓一般在800V左右。如果DC-DC變換電路依舊採用單個的兩電平LLC電路,DC MOS管必須採用1200V耐壓的MOS管。當前市面上這種MOSFET較少,且價格都很貴。另外,常規的1200V高壓MOSFET,其導通電阻比600V MOSFET的Rds(on)高,不容易實現高效率的要求。選擇ISOP交錯並聯LLC拓撲,就可以繼續採用600V的MOS管,型號豐富,成本低,且模塊效率高。

如圖1所示,該拓撲由2個全橋LLC電路(LLC1和LLC2)組成。其中,LLC1由Cp/Q1~Q4/Cr1/Lr1/Tr1/D1~D4組成,LLC2由Cn/Q5~Q8/Cr2/Lr2/Tr2/D5~D8組成。LL1和LLC2在變壓器原邊串聯,在變壓器副邊並聯,組成ISOP結構。

圖1中,Q1-Q8的驅動電壓為Vgsa/Vgsb/Vgsc/Vgsd。四個驅動電壓的頻率相同,占空比均為0.475(PFM態時,考慮500ns死區)。在控制上,Vgsa/Vgsb為互補發波,Vgsc/Vgsd為互補發波。LLC1的PWM發波,比LL2要超前或滯後1/4個PWM周期,以達到交錯控制的目的。超前1/4個周期時的發波情況如圖2所示。

與圖2中的發波對應,流過LLC1諧振電感的電流,要比流過LLC2諧振電感的電流超前90度。通過整流後,兩路LLC的副邊整流二極體輸出電流,相位相差了90度。實際副邊整流出來的總電流波形,是兩個LLC副邊整流波形之和。仿真得出的整流二極體輸出電流的仿真波形如圖3紅色波形所示。

圖3中,is_llc1和is_llc2分別為LLC1的副邊二極體輸出電流波形,is該拓撲的副邊整流二極體輸出的總電流。在任何時刻,is的值等於is_llc1和is_llc2之和。從圖中可見,相較於單路LLC的副邊電流波形,交錯並聯拓撲得出的副邊電流波形,其電流紋波小得多。因而,可以省掉輸出差模電感,降低輸出濾波器的體積,進一步提高效率。

這裡以fs>fr為例,來說明交錯並聯拓撲的工作過程。圖5是267.5V/滿載輸出時的DCDC拓撲仿真波形。

圖5中,i_lr_llc1和i_lr_llc2分別為流過LLC1和LLC2諧振電感的電流,i_lm_llc1和i_lm_llc2分別為流過LLC1和LL2主變勵磁電感的電流,is_llc1和is_llc2分別為LLC1和LLC2副邊整流二極體輸出的電流;is為所有副邊二極體輸出的總電流。下面分模態描述交錯並聯拓撲的工作狀態。

Model 1(T0-T1):

對於LLC1,T0時刻,Q2/Q3關斷,原邊電流沿著Q1/Q4的反向體二極體續流。在T0-T1期間,原邊諧振電流i_lr_llc1大於主變的勵磁電感電流i_lm_llc1,i_lr_llc1給母線電容/勵磁電感充電,同時向副邊提供能量,副邊的D2/D3導通。i_lr_llc1作為提供能量的源頭,電流快速下降,而i_lm_llc1依舊在線性上升。

對於LLC2,T0-T1時間段內,都是Q2/Q3導通,D6/D7導通,原邊向副邊傳遞能量。

Model 2(T1-T2):

對於LLC1,到T1時刻,i_lr_llc1下降到等於i_lm_llc1,此時副邊的D2/D3過零關斷。在T1-T2期間,勵磁電感電流i_lm_llc1線性下降,勵磁電感給副邊提供能量,D1/D4導通。由於Lm不參與諧振,原邊電流依舊按照諧振頻率的正弦波形下降,通過Q1/Q4的體二極體給母線電容充電,並將Q1/Q4對應的Cds體電容反向充至0V,將Q2/Q3的體電容充至母線電壓。

對於LLC2,T1-T2時間段內,都是Q2/Q3導通,D6/D7導通,原邊向副邊傳遞能量。

Model 3(T2-T3):

對於LLC1,到T3時刻,Q1/Q4開通。由於此時諧振電流依舊為負,Q1/Q4的體二極體在續流,Q1/Q4實現零電壓開通(ZVS)。在T2-T3期間,勵磁電感Lm一直在向副邊傳遞能量,不參與諧振。原邊電流依舊按照諧振頻率的正弦波形變化。

對於LLC2,T2-T3時間段內,都是Q2/Q3導通,D6/D7導通,原邊向副邊傳遞能量。

Model 4(T3-T4):

LLC1的工作狀態,類似於Model 1的LLC2的工作模態,但開關管狀態與之對稱,如下圖所示;

LLC2的工作模態,和Model 1的LLC1的工作模態相同;

Model 5(T4-T5):

LLC1的工作狀態,類似於Model 1的LLC2的工作模態,但開關管狀態與之對稱,如下圖所示;

LLC2的工作模態,和Model 1的LLC1的工作模態相同;

LLC1的工作狀態,類似於Model 1的LLC2的工作模態,但開關管狀態和電流流向與之對稱,如下圖所示;

LLC2的工作模態,和Model 1的LLC1的工作模態相同;

至於T6-T7/T7-T8/T8-T9的工作模態,分別與Model1/Model2/Model3類似,但全部開關管狀態和電流流向與之對稱;T9-T10/T10-T11/T11-T12的工作模態,分別與Model4/Model5/Model6類似,但全部開關管狀態和電流流向與之對稱。這裡不再詳細分析。

從上述波形和分析可知,LLC1和LLC2確實是各自獨立工作,互不影響。


原創不易,請大家多多點讚和關注支持,謝謝!

更多詳情,上TB搜艾伊電源

關鍵字: