1.3 LLC 串联谐振变换器

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刚才我们提到了很多谐振拓扑 这其中最受欢迎的 也是应用最广泛的 莫过于 LLC 串联谐振变换器 那我们就通过这个拓扑 来深入理解谐振变换器 相比其他谐振拓扑 LLC 之所以能够在业界广为应用 主要是它可以将两个谐振元件 集成在一个变压器之中 不仅减少了体积 也大大节约了成本 由于在全负载范围内都能实现软开关 使高频化也成为可能 另外除了在原边的开关能够实现零电压导通 当开关频率小于谐振频率的时候 副边的二极管电流也能实现零电流关断 当开关频率等于谐振频率的时候 我们可以看到它的网络增益为 1 此时谐振变换器的效率是最优的 根据我们前面推导的一个等效电路 我们可以很容易的求出 电路的增益表达式 从这个增益曲线可以看出 它有两个谐振频率点 分别是 fr 和 fm fm 是励磁电感与谐振电感 谐振电容的谐振频率 fr 是励磁电感不参与谐振的情况下 谐振电感谐振电容的谐振频率 这个时候励磁电感是被输出电压所钳位的 接下来我们来看看谐振网络的 元件是如何影响谐振网络的增益的 从上面这两个图可以看出 通过增大励磁电感和谐振电感的比值 我们可以看到峰值增益相应的下降 并且曲线变得越来越平滑 这就意味着变换器能够 调节的电压范围变小 同时工作频率波动范围也越来越宽 控制器的要求也就越高 从这个角度讲 我们希望这个两个电感的比值越小越好 另外从这三个图中可以看出 随着谐振电感和谐振电容的比值逐步增大 这两个谐振频率之间的差值也在变大 这就意味着改变相同的增益 所需要变化的频率范围更大了 这也是我们所不希望看到的 为了使变换器能够调节更宽的电压范围 并且频率波动的范围更小 我们需要尽量的减少这两个比值 但是如果通过减小励磁电感 来减小两个电感的比值 则会造成励磁电流比较大 而励磁电流只能在原边循环 而不会传递到副边 带来的是原边的导通损耗 就会降低整个变换器的效率 由此可见 这两个比值的选择 关系到整个谐振变换器的工作性能 由于 LLC 能够实现软开关 解决了开关损耗的问题 我们就可以把开关频率做得很高 同时也能保持很高的效率 有利于我们减小变换器的尺寸 提高功率密度 这边是一个输出功率为一千瓦 开关频率为一兆赫兹的 LLC 谐振变换器的设计实例 它的体积只有六立方英寸 功率密度高达 165 瓦每立方英寸 而重量只有 210 克 这个图是它的一些工作的波形图 绿色的波形是原边开关管的 VDS 电压 从这个绿色的波形可以看出 由于零电压导通 MOS 管上的 VDS 波形非常的干净 没有任何过冲或者是振荡 大大减少了开关电源中的噪声干扰 而同时也实现了比较高的效率 在这个设计中峰值效率为 97.6%
课程介绍 共计7课时,34分56秒

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从2元和3元谐振拓扑基础开始,本课程将介绍谐振拓扑的关键特性,分析方法,控制挑战和设计考虑事项。 三个设计实例展示了具有高开关频率(〜1 MHz)或宽输出电压调节范围(2至1个输出电压调节水平)的谐振拓扑性能。 本次会议还介绍了一种新型谐振拓扑结构CLL谐振转换器,与传统的LLC串联谐振转换器相比具有尺寸和效率的优势。 最后,本课程为如何为各种应用选择最佳谐振拓扑提供指导。
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