《LLC原理与设计》PPT课件

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1、LLC原理与设计2011-09-08硬件部要了解LLC，就要先了解软开关。对于普通的拓扑而言，在开关管开关时，MOSFET的D-S间的电压与电流产生交叠，因此产生开关损耗。如图所示为了减小开关时的交叠，人们提出了零电流开关（ZCS)和零电压开关(ZVS)两种软开关的方法。对于ZCS：使开关管的电流在开通时保持在零，在关断前使电流降到零。对于ZVS:使开关管的电压在开通前降到零，在关断时保持为零。导通过程中，大部分电流从MOSFET中流过，流过Coss的非常小，甚至可以忽略不计，因此Coss的充电速度非常慢，电流VDS上升的速率也非常慢。也可以这样理解：正是因为Coss的存

2、在，在关断的过程中，由于电容电压不能突变，因此VDS的电压一直维持在较低的电压，可以认为是ZVS，即0电压关断，功率损耗很小。同样的，在开通的过程中，由于Coss的存在，电容电压不能突变，因此VDS的电压一直维持在较高的电压，实际的功率损耗很大。因为MOS在开关过程中，开通损耗占很大比例，相反IGBT关断时由于尾拖电流造成的损耗就要比开通过程的损耗大，所以IGBT如果满足ZCS，MOS满足ZVS，损耗就要小得多。最早的软开关技术是采用有损缓冲电路来实现。从能量的角度来看，它是将开关损耗转移到缓冲电路中消耗掉，从而改善开关管的工作条件。这种方法对变换器的效率没有提高，甚至会

3、使效率降低。目前所研究的软开关技术不再采用有损缓冲电路，这种技术真正减小了开关损耗，而不是损耗的转移，这就是谐振技术。谐振变换器主要由开关网络和谐振槽路组成，它使得流过开关管的电流变为正弦波而不是方波，然后设法使开关管在某一时刻导通，实现零电压或零电流开关。之所以LLC谐振腔要呈感性，是因为需要电压超前电流，一旦呈感性，则谐振腔的电流在上管开通前的流通方向是负的，正是因为这个负电流，才能给上管放电、下管充电，使得上管MOS两端的电压为0，开通前为0了，那么开通时便实现了ZVS。如果呈容性，同理可知上管开通前，谐振腔电流方向为正，下管靠体二极管来续流，上管截止，当开通的时候

4、，下管体二极管由于反向恢复时间的存在，有可能会使母线电压短路，从而炸管。从其本质上看，LLC电路实际上就是有两个谐振点的串联谐振电路对于谐振电路而言，要使其呈现感性状态，必须使外加激励的频率高于谐振频率。因此对于LLC，其最小开关频率不能低于fR2.从开关频率与谐振频率的关系来看，LLC的工作状态分为fs=fR1,fs>fR1,fR2

5、供能量。变压器原边被副边电压箝位，激磁电流线性上升。：由于fs=fR1，在t1时刻正好完成半个周期的谐振，谐振电流与激磁电流刚好相等。变压器副边无电流，二极管D2自然关断，实现ZCS。在死区时间t0-t1时段内，激磁电流给Q1,Q2的结电容Coss1放电和Coss2充电，当Coss1两端的电压为0V时，Q1的体二极管导通，电流通过体二极管流通，在t1时刻让Q1导通，便可实现Q1的ZVS。当Q1导通后，谐振电流通过Q1反向流通，谐振电流大于激磁电流，副边二极管D1导通向负载提供能量。随着谐振电流逐渐增大，到t2时刻，谐振电流为正，顺向流过Q1，直至Q1关断。t3-t4为死区

6、时间，过程与t0-t1时段相同。随后下管Q2开通，开始另一半周的工作，其过程与Q1导通期间的过程相同。从上面的波形可以看到，当fs=fR1的时候，原边电流波形为正弦波，Q1,Q2都是ZVS,副边二极管D1,D2都是ZCS。接下来我们讲一下在fs>fR1时的工作情况。当fs=fR1,fs>fR1时，励磁电感不参与谐振，其特性就是一个串联谐振的特性。在t0时刻前，Q1关断，Q2导通，谐振电流通过变压器耦合到副边，副边二极管D1关断，D2导通，向负载传递能量。变压器两端的电压被输出箝位，励磁电流线性增大。到t0时刻，下管Q2关断。原边谐振电流向Coss1放电和Coss2充电，使

7、Q1两端电压在死区结束前能降到0。由于fs>fR1,此时谐振电流大于励磁电流。因此谐振电流迅速减小到励磁电流。在谐振电流减小到励磁电流前，变压器副边仍有电流流动，变压器原边仍被箝位，副边整流二极管D2上的电流逐渐减小，当谐振电流等于励磁电流的时候，D2的电流减小到0，实现ZCS.图中电流波形之所以会突然被拉下来，是因为上管关断后，励磁电流与谐振电流仍不相等，所以励磁电感两端电压会被钳位在nVo，而此时谐振电容上有电压，谐振电流被“拉”到与励磁电流相等。在t1时刻前，Q1两端的电压为零，励磁电流通过Q1的体二极管流通。此时使Q1