圖2 簡化拓撲
以半周期工作過程為例分析全橋LLC電路基本工作原理(fs):<>
圖3 全橋LLC工作原理圖
t0~t1時刻:假定在t0時刻開關管Q2和Q4關斷,Q1和Q3導通,由于此時電流方向仍為負向,因此諧振電流在Q1和Q3的體內二極管流通,諧振電感L1和諧振電容C1參與諧振,諧振電流正弦化變化。由于此時段內諧振電感電流和勵磁電感電流的差值(ILr-ILm)為正,所以二極管D1導通。
t1~t2時刻:t1時刻,諧振電感電流為零,Q1和Q3實現體內二極管向MOSFET的自然換流,由于此時段內諧振電感電流和勵磁電感電流的差值(ILr-ILm)仍然為正,所以二極管D1繼續導通。
T2~t3時刻:t3時刻諧振電感電流和勵磁電感電流相等,此時輸出電流為零,二極管D1和D2均截止,原副邊脫離,原邊勵磁電感參與諧振,形成了諧振電感,勵磁電感和諧振電容的串連諧振。
t3時刻以后開始另外半周期的工作過程,與上述半周期工作過程完全一致,不再另做分析。以上是典型的LLC工作原理,為了獲得較高的效率和較好的EMC指標,通常將模塊默認工作狀態設定在LLC諧振區域,即如下圖所示的區域2(region 2)。
圖7 LLC諧振變換器工作區間圖
區域1是SRC區域,模塊通常在48V以下輸出時工作在這一區域,在這一工作區域中,諧振電路同樣可以達到ZVS開通,只是隨著工作電壓的降低,關斷電流越來越大,關斷損耗也隨著增大。
區域3是ZCS區域,通常發生在過載或短路瞬間,因為在這一區域中,一個工作電壓對應于兩個頻率點,環路存在不單調性,因此是設計時需要盡量規避的區域。
雖然采用全橋電路,但LLC諧振參數的設計與半橋電路并無本質區別,均遵循效率指標,負載要求,外特性曲線和環路的單調性等一些原則,并結合磁性器件的設計來尋求最優化的參數。
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