电源技能成长记
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第一节 普通开关变换器与谐振变换器的区别
第二节 谐振原理与傅里叶级数分析
第三节 LLC谐振变换器主电路拓扑分析及公式推导
第三节 直流增益方程推导(法2)
第四节 LLC谐振变换器工作模式分析
第五节 UCC25600外围电路与驱动电路设计
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第三节 LLC谐振变换器主电路拓扑分析及公式推导

第二节介绍了谐振原理与傅里叶级数推导方法,本节进入正题,讲述LLC谐振拓扑工作过程分析及基波近似法(FHA)推导公式。 本节讲述等效模型化简、直流增益公式和输入阻抗公式的详细推导过程。(本部分为纯数学原理,且篇幅较长,可能有些枯燥,还请大家仔细阅读)

目前市面上所有的资料几乎没有对原理公式的推导过程,初学者也不会对其公式进行推导,如果连公式是怎么来的都不知道,何谈学懂LLC谐振原理,又怎么能设计性能优异的电源呢?

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3.1 基波近似等效法(Fundamental Harmonic Approximation,FHA )

        对半桥LLC谐振变换器进行稳态分析,主电路拓扑如3-1所示。

图3-1 半桥LLC谐振变换器主电路

假设如下:

⑴ 功率管为理想元件,寄生参数不影响谐振;

⑵ 谐振电路的电感、变压器、电容等均为理想元件;

⑶ 忽略电路中的高次谐波,只有基波传输能量;

⑷ 输出滤波电容值足够大,输出电压无纹波。

        图3-1中开关电路将输入的直流信号转换为方波信号,谐振电路可以滤除高次谐波。谐振回路施加的为方波电压,但只有正弦电流流过谐振电路,由于谐振的作用,谐振电路中电流相位滞后于电压相位一定角度,该条件为高压侧功率管零电压(ZVS)开通创造条件。变压器初级输入电压为方波信号、电流为正弦波信号,假设方波信号的能量主要由基波分量传输,利用基波近似等效法(FHA)推导负载阻抗表达式。简化电路如图3-2所示。

3-2 主拓扑简化电路

开关电路

        开关电路将直流电压转换为高频方波,桥臂中点处电压值为Ui0。利用傅里叶级数将方波电压展开:

式中,Ui为方波电压幅值。

谐振电路

       谐振电路滤除高次谐波,谐振腔中电流为正弦波,且电压相位超前电流相位一定的角度,为零电压(ZVS)开通做准备。

       式中,Ir为电流有效值,φ为谐振电流与基波电压的相位差。

整流滤波

       变压器低压侧输出电压为方波、电流为正弦波,其电压幅值为±Vo。波形如图3-3所示。

3-3 低压侧电压电流波形

假设负载为阻性,低压侧电流和电压波形相位一致,即φ=0。电压的傅里叶展开式为:

       式中,Io为输出电流平均值。

       等效交流负载:

直流增益方程推导

输入阻抗公式推导

阻性分割线公式推导

傅里叶级数参考资料

【1】boy59.图解傅里叶变换.电源网论坛(点击可看)

【2】Heinrich.傅里叶分析之掐死教程.知乎(点击可看 )

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  • 万淂孚 2023-06-27 18:09
    谢谢大佬分享
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  • dy-qdPQWXzH 2021-01-25 20:26
    感谢分享
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  • 星球居民-buuWGjmg 2020-11-25 15:12
    非常详细!非常感谢!
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  • 星球居民-reIRphwb 2020-10-27 07:32
    推导的非常详细,完美,目前见到最好的推导
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