1.4 宽输入输出范围谐振变换器

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前面我们大致介绍了 LLC 谐振变换器 接下来我们探讨一下 在宽范围输入或者输出电压的条件下 如何选择合适的谐振拓扑 LLC 广泛应用于 输入电压范围不是很宽的场景下 因为在这种情况下 我们不需要很高的增益 可以选择比较大的励磁电感 来减小原边的环流 从而提高效率 一般来说 LLC 作为隔离 DC-DC 变换器 放在前级 PFC 后面 PFC 的输出电压 可以稳定在 390V 左右 PFC 的需求主要是由一些能效标准来推动的 如 EN61000-3-2 能源之星和 80PLUS 都有相应的谐波失真度 或者是功率因数方面的要求 但是如果没有这方面的要求 或者是不需要相关的认证 很多客户会把前面这一级 PFC 去掉 以降低成本 假如说输入电压是 120 伏 并且有 15% 的波动 那如果没有 PFC 的情况下 只采用二极管整流 其输出电压可能在 100~200V 之间波动 而这对于后期的 LLC 变换器 就是 2:1 的输入电压范围 远远大于带 PFC 时的输入电压范围 另外如果是某些需要输出电压也变化的应用 比如照明或者是电池充电 宽输出电压范围也是一个挑战 在这种情况下 就要求谐振变换器用相当高的增益 来实现整个范围内的电压调节 根据前面的分析我们知道 通常并联谐振比串联谐振拥有更高的增益 这里我们对比了 LLC 和 LCC 的电压增益 首先我们必须保证两个拓扑都工作在感性区域 也就是增益曲线为负的那一段 对于 LLC 来说 开关频率必须设置在 两个谐振点之间来获取较高的增益 而对于 LCC 开关频率必须大于最高的谐振频率 同样也是为了得到高增益 并且保证工作在感性区域 值得注意的是 LLC 的增益曲线的斜率 取决于励磁电感和谐振电感的比值 而 LCC 则取决于并联电容 和谐振电感的比值 所以如果我们希望 得到比较陡峭的电压增益 对于 LLC 我们需要保证励磁电感 和谐振的电感的比值较小 而对于 LCC 则必须保证 并联的电容与谐振电感的比值较大 另外值得注意的一点是 LCC 的增益曲线在频率比较高的时候 可以减小到零 如果我们需要将输出电压减小到零的话 只需要将 LCC 的开关频率提高 LLC 则做不到这一点 这里有一个照明上的设计实例 它的规格如下 输入电压范围是 400 伏到 600 伏 输出电压范围是 100 伏到 200 伏 输出电流 1A 大功率 200 瓦 我们分别用 LCC 和 LLC 来实现 看看它们之间的性能会有怎样的差别 首先为了满足输入和输出电压的要求 我们先确定变压器的匝比 对于 LLC 谐振变换器而言 它的增益即使在频率很高的时候依然接近 1 为了避免开关频率变化范围太大 把最低增益设置为 1 此时输入电压最大 而输出电压最小 在这个条件下选择合适的变压器匝比 其次我们需要给两个设计 选择最优工作点 为了公平起见 在同样的输入输出条件下 我们将两个变换器的开关频率 都设置在 130kHz 然后我们就可以对两个变换器进行设计 使它们的电压增益够高 并且我们尽量增大并联元件 包括 LLC 的励磁电感 和 LCC 的并联电容的阻抗 以减小原边的环流 最终的设计参数如上所示 然后它的增益曲线也可以在这里看到 最终的设计得到的结果是 在 400 伏输入电压 和 200 伏输出电压的条件下 LLC 和 LCC 都工作在 130kHz 但是随着输入电压的增加 和输出电压的减小 LLC 的变化范围明显大于 LCC 如果输入范围或者输出电压范围 进一步增大 LLC 可能就无法满足了 通过这边的仿真结果可以看出 在同样的输入和负载条件下 LCC 的原边电流有效值会更大一些 这就意味着更大的导通损耗 所以 LLC 通常的效率 要比 LCC 的效率高一点 这就要求我们在设计的时候 需要在效率和稳压范围之间做一些权衡 总而言之 LCC 的频率波动范围比 LLC 但是在同样条件下 LCC 的原边电流有效值可能会比 LLC
课程介绍 共计7课时,34分56秒

2018 PSDS 研讨会系列 - (1) 谐振变换器拓扑综述

变换器 2018 PSDS 研讨会系列 谐振

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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