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学习LLC谐振变换电路的工作原理

五、学习LLC谐振转换电路的工作原理

在具有电阻R、在电感L和电容C元件的交流电路中,电路两端的电压通常与电流相位不同。如果调整电路元件(L或C)参数或电源频率可使其相位相同,整个电路呈纯电阻。电路达到这种状态称为谐振。

谐振的本质是电容器中的电场能与电感器中的磁场能相互转换,从而得到充分的补偿。电场能和磁场能的总和始终保持不变。电源不需要与电容器或电感器来回转换能量,只需提供电路中电阻消耗的电能。

根据电路连接的不同,有串联谐振和并联谐振。

  1. 由ZL=JWL,随频率增加电感阻抗。ZC=1/JWC,电容阻抗随频率降低;因此,当电容器与电感器串联时,它们的阻抗会相互抵消。低频时,它就像电容器,高频时,它就像电感器,频率是W= 1/LC当阻抗为0时,相当于短路,电流达到最大值,电感和电容可能产生比电源电压大很多倍的高电压,也称为电压谐振。

串联谐振电路

  1. 并联谐振是指在电阻、电容、电感并联电路中,电容等于电感阻抗,电路端电压与总电流相同。整个电路为纯电阻,线路总电流最小,支路电流往往大于总电流,也称为电流谐振。

并联谐振电路

LLC又称串并联谐振电路(SPRC),LLC谐振变换电路可以在宽输入和负载变化下工作,开关管可以通过零电压开关(ZVS)输出整流二极管也可以通过零电流开关(ZCS)关闭,以最大限度地减少损失。

LLC要实现零电压开关,开关管的电流必须滞后于电压,使其处于感性状态。

LLC谐振电路有两个谐振频率:fr1=12πLrCr,fr2=12π(Lr Lm)Cr,考虑到尽可能提高效率,在设计电路时应设置工作频率fr1附近。对于MOSFET管而言,ZVS开关损耗较小。

LLC谐振全桥变换电路广泛应用于中大功率场合,主要由初级线圈和4个功率组成MOS管,谐振电感Lr、谐振电容Cr、励磁电感Lm,二级由二极管整流VD5和VD输出滤波电容器Co组成。

假设电路在工作fr1< fs<fr在2的频率范围内,开关周期可分为六个过程:

  • (t0-t1)t0时刻,Q1和Q开启,谐振电流Ir经过Q1和Q4.变压器二次电压正负,DR导通,为负载R提供能量。Lm由于Q励磁电流线性上升,导通被钳制,不参与谐振过程。
  • (t1-t2)t1时刻,ILm=ILr,DR1,DR二次输出电压对无电流Lm不再钳位,Cr电容器被恒流线性充电升高Cf向负载供电。
  • (t2-t3)t2时刻,Q1和Q4关断,D2和D三导通流,从而为Q2和Q3的ZVS开通创造了条件。变压器初级电压极性切换,DR2开始导通,因为之前DR1电流为零,因此没有反向恢复。Lm二次输出电压钳重新位置,退出谐振过程。
  • (t3-t4)t3时刻,Q2和Q3开通,DR2继续向负载提供能量。Lm输出电压钳位仍不参与谐振,因此ILm线性下降。
  • (t4-t5)t4时刻,ILm又重新等于ILr,DR1,DR2的电流为零,二次输出电压Lm不再钳位,Lm开始参与谐振,Cr反向恒流充电,电压线性升高。
  • (t5-t6)t5时刻,Q2和Q3关断,D1和D从而导流连续流Q1和Q4的ZVS开启创造条件。变压器初级电压极性切换,DR1开始导通,因为之前DR2电流归零,无反向恢复。Lm二次输出电压钳重新位置,退出谐振过程。

LLC谐振全桥拓扑电路

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标签: llc谐振电容用x电容

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