LLC谐振电路（三）电路结构原理

1.1 电路结构：

 1.2 两个谐振频率：

  带负载时Lp两端的电压被钳位，此时Lp不起作用，此时的谐振频率为：

 空载的时候，Lp正常，此时的谐振频率为：

 

 1.3谐振网络工作过程：

  提高开关电源效率的主要途径就是抵消了开关损耗，下图由上而下依次为谐振波形MOS管电流波形MOS管DS波形

可知：

 从MOS管DS波形和MOS管电流波形可以看到，MOS管开通的时候，此时MOS管的电流还是在负半轴，这说明了MOS管的电压超前电流，所以谐振网络应该呈现感性。要想谐振网络呈感性，那么开关频率必须大于谐振频率，这样就有三种可能，fs=fr,fs>fr,fr2<fs<fr.
 

1.4谐振网络的工作模态：

在工作模态的分类中，看了好多的相关论文，有的是直接把fs=fm和fr<fs<fm放到一起讨论，也有是分开变成三个频率范围的工作过程，个人看法觉得还是有点区别的，分开为好。

1.4.1 fs=fr2时工作过程

 

                图一中ir为谐振电流，im为激磁电流。

阶段1（t0-t1）

     Q1导通,Q2关断。在这个阶段内,谐振电流ir大于激磁电流im。根据变压器的极性判断,副边整流二极管D1导通,D2关断。此时变压器的激磁电感两端电压被副边钳位在NV。,所以此时的不参与谐振,激磁电感电流im呈线形增加,谐振电流则按正弦形式增加,在这个阶段内谐振电流大于激磁电流,它们两者之差产生的剩余能量将由副边整流后传输至负载端。

 

 阶段2（t1-t2）

在t1 时刻,激磁电流im 增加到与谐振电流ir相等,此时Q1关断,其等效电路图如图所示。因为谐振电流与激磁电流相等,所以没有能量传输的负载端。由于Q1、Q2的结电容，激磁电流给电容充放电以实现Q2的零电压导通。在此阶段内、Q1Q2都关断,即是所谓的死区时间,它通常是允许有充足的时间来实现ZVS,同样也防止上下管的直通。

 阶段3（t2-t3）

在 t2 时刻,Q2实现了零电压开通,在阶段3内,与阶段1不同的是副边整流二极管D2导通,D1关断,谐振电流小于激磁电流,它们两者之差产生的剩余能量将由副边整流后传输至负载端。
 t3 时刻以后,Q2关断,电路进入下半个周期,其工作状态与以上三个阶段完全对称,
其工作状态在这里不再重述

1.4.2 fs>fr时的工作过程

    当开关频率fs高于谐振频率fr时,此时的谐振变换器与传统的串联谐振变换器的操作模式和工作特性几乎完全一样,输出电压将随着频率的升高而降低,这个操作区间称之为buck区,电路工作在欠谐振状态下。

 

阶段1（t0-t1）

Q1导通，D1也导通，变压器导通，原边向副边传递能量。此时变压器的的激磁电感Lm两端的电压被钳位（可以这样理解，变压器一旦导通，Lm就会被钳位，不参与谐振）激磁电流im线性增长，ir正弦形式增长，且ir>im，两者之差通过副边整流传输到负载端。

 与fs=fr时的阶段1工作模态一样

 阶段2（t1-t2）

在 t1 时刻上管关断,原边谐振电流 ir 分别给Q1、Q2的寄生电容充电,Q2两端电压下降,由于开关频率fs高于谐振频率fr（即开关周期小于谐振周期）,当Q1关断时刻谐振尚未结束,谐振电流厂仍然大于激磁电流,,仍旧有能量从原边传递到副边,副边整流二极管D1仍然导通

  阶段3（t2-t3）

t2时刻,Q2 的寄生电容上的电压降为零,Q2的体二极管自然导通,当等到的门极驱动信号到来时,MOS管实现了零电压开通,谐振电流ir迅速减小.

 

  阶段4（t3-t4）

到 t3 时刻谐振电流 ir 下降到等于激磁电流 im 时，副边整流二极管D1关断截止，换流成二极管D2导通，原边再次向副边传递能量，开始与阶段相对称的负半周的工作过程,在这里不再重述。

 1.4.3 fm<fs<fr时工作过程

  在LLC谐振DC/DC变换器开关频率fs<fr时，这是LLC最常用的工作区域，此时的原边开关管实现零电压开通，副边整流二极管实现零电流关断，这个工作区称为boost区，电路工作在过谐振状态下。

 

 阶段1（t0-t1）

状态同上，Q1,D1导通Lm被钳位，不参与谐振，ir正弦形式，im直线增加

  阶段2（t1-t2）

在t1时刻谐振电流ir等于激磁电流im,此后,激磁电感开始参与Lr、Cr谐振,因为谐振电流等于激磁电流,变压器原副边断开,整流管D1关断，D2亦截止。

阶段3（t2-t3）