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一、LLC谐振变换器原理
图一、LLC 谐振原理图
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图一和图二分别给出了 LLC 谐振变换器的电路图和工作波形。
图一中包括两个功率 MOSFET(S1 和 S2),其占空比都为 0.5;谐振电容 Cs,副边匝数相等的中心抽头变压器 Tr,Tr 的漏感 Ls,激磁电感 Lm,Lm 在某个时间段也是一个谐振电感,因此,在 LLC 谐振变换器中的谐振元件主要由以上 3 个谐振元件构成,即谐振电容 Cs,电感 Ls 和激磁电感 Lm;半桥全波整流二极管 D1 和 D2,输出电容 Cf。
LLC 变换器的稳态工作原理如下:
1)〔t1,t2〕当 t=t1 时,S2 关断,谐振电流给 S1 的寄生电容放电,一直到 S1 上的电压为零,然后S1 的体内二级管导通。此阶段 D1 导通,Lm 上的电压被输出电压钳位,因此,只有 Ls 和 Cs 参与谐振。
2)〔t2,t3〕当 t=t2 时,S1 在零电压的条件下导通,变压器原边承受正向电压;D1 继续导通,S2 及D2 截止。此时 Cs 和 Ls 参与谐振,而 Lm 不参与谐振。
3)〔t3,t4〕当 t=t3 时,S1 仍然导通,而 D1 与 D2 处于关断状态,Tr 副边与电路脱开,此时 Lm,Ls和 Cs 一起参与谐振。实际电路中 Lm>>Ls,因此,在这个阶段可以认为激磁电流和谐振电流都保持不变。
4)〔t4,t5〕当 t=t4 时,S1 关断,谐振电流给 S2 的寄生电容放电,一直到 S2 上的电压为零,然后S2 的体内二级管导通。此阶段 D2 导通,Lm 上的电压被输出电压钳位,因此,只有 Ls 和 Cs 参与谐振。
5)〔t5,t6〕当 t=t5 时,S2 在零电压的条件下导通,Tr 原边承受反向电压;D2 继续导通,而 S1 和D1 截止。此时仅 Cs 和 Ls 参与谐振,Lm 上的电压被输出电压箝位,而不参与谐振。
6)〔t6,t7〕当 t=t6 时,S2 仍然导通,而 D1 和 D2 处于关断状态,Tr 副边与电路脱开,此时 Lm,Ls 和 Cs 一起参与谐振。实际电路中 Lm>>Ls,因此,在这个阶段可以认为激磁电流和谐振电流都保持不变。通过上面的详细分析,对LLC 软开关型变换器的工作原理及其特性有了一定的了解,下面介绍如何设计谐振腔之元件,进一步加深对它们的认识。
二、LLC谐振腔之元件设计
谐振腔之元件包括功率开关管 MOSFET,谐振电容器 Cr,谐振电感 Lr 和隔离变压器 T1,一般情况谐振电感 Lr 是采用隔离变压器 T1 的漏感。