1 简述LLC开关电源一般使用PFM,在某些工况下可能使用PWM。 LLC具有三个谐振器件,两个谐振频率。常说的谐振频率是指谐振电感与谐振电容的谐振频率
f
r
f_{r}
fr。还有一个是谐振电感、谐振电容和励磁电感之间的谐振,谐振频率
f
r
1
f_{r_{1}}
fr1。 对于PFM,根据开关频率和谐振频率的关系分为三种情况。 1
f
s
>
f
r
f_{s}>f_{r}
fs>fr,工作于谐振频率
f
r
f_{r}
fr之上。该频率段LLC的开关管可实现ZVS。 2
f
r
1
<
f
s
<
f
r
f_{r_{1}}<f_{s}<f_{r}
fr1<fs<fr,工作于谐振频率
f
r
f_{r}
fr之下,但高于另一个谐振频率
f
r
1
f_{r_{1}}
fr1。该频率段LLC的开关管可实现ZVS和整流二极管可实现ZCS。 3
f
s
<
f
r
1
f_{s}<f_{r_{1}}
fs<fr1,工作频率小于谐振频率
f
r
1
f_{r_{1}}
fr1。可以实现LLC开关管的ZCS。 2 主拓扑以全桥LLC,副边全波整流为例,进行说明。拓扑如下: 说明:D11与下文中的副边D1,D12与下文中的副边D2是同一个器件,均为副边整流二极管。开关管的体二极管D1、D2与副边二极管D1、D2不是同一个器件,画图失误。 3 具体工作过程根据三种状态分别分析, (1)
f
s
>
f
r
f_{s}>f_{r}
fs>fr时,波形如下图。其中
f
s
f_{s}
fs是工作开关频率,
f
r
f_{r}
fr为谐振频率。
f
s
>
f
r
f_{s}>f_{r}
fs>fr时工作波形其中,
i
L
r
i_{L_{r}}
iLr是谐振电流,
i
L
m
i_{L_{m}}
iLm是励磁电流,
i
0
i_{0}
i0是副边整流二极管后的电流,
g
1
,
4
g_{1,4}
g1,4是Q1和Q4的驱动信号,
g
2
,
3
g_{2,3}
g2,3是Q2和Q3的驱动信号。 (2)
f
s
=
f
r
f_{s}=f_{r}
fs=fr时,波形如下图:
f
s
=
f
r
f_{s}=f_{r}
fs=fr时工作波形在
f
s
=
f
r
f_{s}=f_{r}
fs=fr时,当脉冲信号结束时,谐振电流刚好等于励磁电流,管子的并联电容开始充放电;整流二极管的电流处于断续和连续的临界状态。 (3)
f
r
1
<
f
s
<
f
r
f_{r1}<f_{s}<f_{r}
fr1<fs<fr时,波形如下图:
f
r
1
<
f
s
<
f
r
f_{r_{1}}<f_{s}<f_{r}
fr1<fs<fr时工作波形3.1
f
s
f_{s}
fs>
f
r
f_{r}
fr时工作过程(1)
t
0
t_{0}
t0~
t
1
t_{1}
t1时间段
f
s
>
f
r
f_{s}>f_{r}
fs>fr时
t
0
t_{0}
t0~
t
1
t_{1}
t1时间段其中,红色表示流通。 当
t
0
t_{0}
t0~
t
1
t_{1}
t1段时,Q1和Q4开通,电路通路如红线所示。此时
i
L
r
>
i
L
m
i_{L_{r}}>i_{L_{m}}
iLr>iLm,有输出电流,且为正;
t
0
t_{0}
t0时刻,
V
C
1
V_{C_{1}}
VC1和
V
C
4
V_{C_{4}}
VC4为二极管管压降,
V
C
2
V_{C_{2}}
VC2和
V
C
3
V_{C_{3}}
VC3和为
V
i
n
V_{in}
Vin ,因此开关管是ZVS。当
t
1
t_{1}
t1时刻,Q1和Q4脉冲信号结束,此时间段结束。 (2)
t
1
t_{1}
t1~
t
2
t_{2}
t2时间段
f
s
>
f
r
f_{s}>f_{r}
fs>fr时
t
1
t_{1}
t1~
t
2
t_{2}
t2时间段当在
t
1
t_{1}
t1~
t
2
t_{2}
t2时,四个管子均关断,由于此时
i
L
r
>
i
L
m
i_{L_{r}}>i_{L_{m}}
iLr>iLm,所以还继续有输出电流,并且谐振电感给Q1和Q4的并联电容开始充电,Q2和Q3的电容也开始放电,当电压下降到0时,D2和D3导通,此时
V
C
2
V_{C_{2}}
VC2和
V
C
3
V_{C_{3}}
VC3为二极管管压降;随着
i
L
r
i_{L_{r}}
iLr的减小,
i
L
m
i_{L_{m}}
iLm的增大,会有
i
L
r
=
i
L
m
i_{L_{r}}=i_{L_{m}}
iLr=iLm,此阶段结束。 (3)
t
2
t_{2}
t2时刻
f
s
>
f
r
f_{s}>f_{r}
fs>fr时
t
2
t_{2}
t2时刻在t2时刻之前,C2和C3电压已下降,C2、C3体二极管已导通,
V
C
2
V_{C_{2}}
VC2和
V
C
3
V_{C_{3}}
VC3为二极管管压降。 (4)
t
2
t_{2}
t2~
t
3
t_{3}
t3时间段
f
s
>
f
r
f_{s}>f_{r}
fs>fr时
t
2
t_{2}
t2~
t
3
t_{3}
t3时间段当
t
2
t_{2}
t2~
t
3
t_{3}
t3时,四个管子继续关断,谐振电流和励磁电流继续下降,此时
i
L
r
<
i
L
m
i_{L_{r}}<i_{L_{m}}
iLr<iLm,变压器原边电流为负,副边D2导通。由于副边D1的电流没有被截止,因此副边D1没有实现零电流关断。当Q2和Q3管子脉冲信号来时,此阶段结束。 (5)
t
3
t_{3}
t3~
t
4
t_{4}
t4时间段
f
s
>
f
r
f_{s}>f_{r}
fs>fr时
t
3
t_{3}
t3~
t
4
t_{4}
t4时间段当
t
3
t_{3}
t3~
t
4
t_{4}
t4时,Q2和Q3导通,由于此时Q2和Q3的电压被二极管钳位,因此可以实现零电压开通;开通后
V
C
2
V_{C_{2}}
VC2和
V
C
3
V_{C_{3}}
VC3此时为MOSFET管压降,
V
C
1
V_{C_{1}}
VC1和
V
C
4
V_{C_{4}}
VC4为
V
i
n
V_{in}
Vin,变压器原边电流还是为负,副边D2导通。当Q2和Q3脉冲结束,此阶段结束。 (6)
t
4
t_{4}
t4~
t
5
t_{5}
t5时间段
f
s
>
f
r
f_{s}>f_{r}
fs>fr时
t
4
t_{4}
t4~
t
5
t_{5}
t5时间段当
t
4
t_{4}
t4~
t
5
t_{5}
t5时,谐振电流给Q2和Q3的并联电容充电,Q1和Q4的并联电容放电。当Q1和Q4的并联电容,电压为0,Q1和Q4的二极管导通,Q1和Q4的电压被钳位为二极管管压降;当谐振电流和励磁电流大小相同时,此阶段结束。 (7)
t
5
t_{5}
t5时刻
f
s
>
f
r
f_{s}>f_{r}
fs>fr时
t
5
t_{5}
t5时刻当在
t
5
t_{5}
t5时刻,谐振电流等于励磁电流,没有输出电流。 (8)
t
5
t_{5}
t5~
t
6
t_{6}
t6时间段
f
s
>
f
r
f_{s}>f_{r}
fs>fr时
t
5
t_{5}
t5~
t
6
t_{6}
t6时间段当
t
5
t_{5}
t5~
t
6
t_{6}
t6时,四个管子继续关断,谐振电流和励磁电流幅值继续下降,此时幅值大小关系为 。原边电流开始为正,副边D1导通,且增大,此阶段到Q1和Q4的脉冲信号到来。然后继续循环。 3.1
f
r
1
<
f
s
<
f
r
f_{r1}<f_{s}<f_{r}
fr1<fs<fr时工作过程(1)
t
0
t_{0}
t0~
t
1
t_{1}
t1时间段
f
r
1
<
f
s
<
f
r
f_{r1}<f_{s}<f_{r}
fr1<fs<fr时
t
0
t_{0}
t0~
t
1
t_{1}
t1时间段当
t
0
t_{0}
t0~
t
1
t_{1}
t1时,Q1和Q4开通,电路通路如红线所示。此时
i
L
r
>
i
L
m
i_{L_{r}}>i_{L_{m}}
iLr>iLm,有输出电流,且为正;开通后
V
C
1
V_{C_{1}}
VC1和
V
C
4
V_{C_{4}}
VC4为MOSFET管压降,
V
C
2
V_{C_{2}}
VC2和
V
C
3
V_{C_{3}}
VC3为
V
i
n
V_{in}
Vin,当t1时刻,
i
L
r
=
i
L
m
i_{L_{r}}=i_{L_{m}}
iLr=iLm ,此时间段结束。 (2)
t
1
t_{1}
t1~
t
2
t_{2}
t2时间段
f
r
1
<
f
s
<
f
r
f_{r1}<f_{s}<f_{r}
fr1<fs<fr时
t
1
t_{1}
t1~
t
2
t_{2}
t2时间段此阶段,Q1和Q4没有关断,
i
L
r
=
i
L
m
i_{L_{r}}=i_{L_{m}}
iLr=iLm,两个电感和电容进行谐振,该谐振频率低。此时副边电流为0,输出电容向负载放电。该阶段持续到Q1和Q4关断。Q1和Q4关断的时候,因此整流二极管电流副边D1已经为0,因此整流二极管副边D1可以实现ZCS。 (3)
t
2
t_{2}
t2~
t
3
t_{3}
t3时间段
f
r
1
<
f
s
<
f
r
f_{r1}<f_{s}<f_{r}
fr1<fs<fr时
t
2
t_{2}
t2~
t
3
t_{3}
t3时间段Q1和Q4关断后,谐振电流给Q1和Q4的并联电容充电,Q2和Q3的并联电容放电,。当Q2和Q3的并联电容,电压为0,Q2和Q3的二极管导通,Q2和Q3的电压被钳位为二极管管压降。Q2和Q3开通,此阶段结束。 (4) 放电完成 当并联电容充放电完成时,如下图,该状态是在
t
2
t_{2}
t2~
t
3
t_{3}
t3时间段。
f
r
1
<
f
s
<
f
r
f_{r1}<f_{s}<f_{r}
fr1<fs<fr时充放电完成(5)
t
3
t_{3}
t3~
t
4
t_{4}
t4时间段
f
r
1
<
f
s
<
f
r
f_{r1}<f_{s}<f_{r}
fr1<fs<fr时
t
3
t_{3}
t3~
t
4
t_{4}
t4时间段当
t
3
t_{3}
t3~
t
4
t_{4}
t4时,Q2和Q3导通,由于此时Q2和Q3的电压被二极管钳位,因此可以实现零电压开通;开通后
V
C
2
V_{C_{2}}
VC2和
V
C
3
V_{C_{3}}
VC3此时为MOSFET管压降,
V
C
1
V_{C_{1}}
VC1和
V
C
4
V_{C_{4}}
VC4为
V
i
n
V_{in}
Vin,变压器原边电流为负,副边D2导通。
i
L
r
=
i
L
m
i_{L_{r}}=i_{L_{m}}
iLr=iLm,此阶段结束。 (6)
t
4
t_{4}
t4~
t
5
t_{5}
t5时间段
f
r
1
<
f
s
<
f
r
f_{r1}<f_{s}<f_{r}
fr1<fs<fr时
t
4
t_{4}
t4~
t
5
t_{5}
t5时间段此阶段,Q2和Q3没有关断,
i
L
r
=
i
L
m
i_{L_{r}}=i_{L_{m}}
iLr=iLm,两个电感和电容进行谐振,该谐振频率低。此时副边电流为0,输出电容向负载放电。该阶段持续到Q2和Q3关断。Q2和Q3关断的时候,因此整流二极管电流已经为0,因此整流二极管ZCS。 (7)
t
5
t_{5}
t5~
t
6
t_{6}
t6时间段
f
r
1
<
f
s
<
f
r
f_{r1}<f_{s}<f_{r}
fr1<fs<fr时
t
5
t_{5}
t5~
t
6
t_{6}
t6时间段Q2和Q3关断后,谐振电流给Q2和Q3的并联电容充电,Q1和Q4的并联电容放电,。当Q1和Q4的并联电容,电压为0,Q1和Q4的二极管导通,Q1和Q4的电压被钳位为二极管管压降。Q1和Q4开通,此阶段结束。 (8) 充放电完成 充放电完成后波形如下图所示,该状态在
t
5
t_{5}
t5~
t
6
t_{6}
t6时间段
f
r
1
<
f
s
<
f
r
f_{r1}<f_{s}<f_{r}
fr1<fs<fr时充放电完成
|