【开关电源】LLC在学习路上疑惑和答案_llc的励磁电流

目录

前言：

原理：

谐振频率：

软启动

模态分析

问题与答案

参考和引用

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前言：

随着国家政策的引导和社会发展的大趋势，电力电子行业逐渐的火热起来。特别是新能源产业的兴起（风能，太阳能等），DCDC变换器也变成了一大热门。现代开关电源的需求越来越高。向着高空间利用率，高能量密度，高转换效率的方向追求。其中，LLC拓扑是当前开关变换器中很流行的、很热门的一种变换器。主要是由谐振电感，励磁电感和谐振电容组成。利用谐振网络的谐振过程，电流和电压会周期性的出现过零点的情况，从而软开关提供了机会。这就是LLC可以效率做到很高的原因之一。

                                                           图  半桥LLC拓扑

原理：

关于半桥LLC拓扑的原理网络或者论文上到处都是。

谐振频率：

由于Lr、Lm和Cr存在，且输出端连接着负载。因此该电路存在两个谐振频率：f1，f2；

                                         图 两个频率的波形表现

是因为LLC电源的励磁电感是在变压器中，原边向副边传递的能量是谐振电流Ir和励磁电感Im之间的差值。从图中就可以看出Io是谐振电流Ir和励磁电感Im之间的差值。当谐振电流Ir和励磁电感Im之间的差值存在时候，励磁电感被输出电压钳位，因此蓝色的线几乎是线性的，这个时候励磁电感不参与协整，频率f1；当谐振电流Ir和励磁电感Im之间的差值为0时候变压器原副边解耦，所以谐振频率f2。

软启动

一般情况下是希望LLC电路工作在感性区域（为了实现mos管的零电压开启（ZVS））

ps：因为mos管存在三种功耗

                                                        图 mos管损耗

      1.mos开启损耗（mos管打开时，ds两端电压下降需要时间，电流也会上升，因此会有重叠部分这就是开通损耗，开关次数越多，频率越高损耗越大）

      2.mos关闭损耗（同上）

      3.导通损耗（mos的导通电阻产生损耗）

软启动主要是讲的mos的开启和关闭。LLC能够做到mos零电压开启，但是关闭是硬开关。还可以做到副边二极管的ZCS（下图第一个波形是全波整流的输出电流）。怎么做到mos的ZVS呢主要是用到了当导体通电的时候导体上面两端电压很小的特点。利用体二极管导通电流，只会产生一个-0.7左右的电压。损耗会很小。

                                                                    图 仿真波形

模态分析

这里直接引用大牛总结的（(f2<f<f1)）。

开关网络：S1、S2及其内部寄生二极管Ds1\Ds2、寄生电容Cds1\Cds2;

谐振网络：谐振电容Cr 、串联谐振电感Lr 、并联谐振电感 Lm;

中心抽头变压器（匝比为n:1:1），副边整流二极管 D1、D2；

输出滤波电容Co （忽略电容的ESR），负载 Ro。

问题与答案

在学习中我就遇到了一个LLC的问题困惑了很久。

在FS在两个谐振频率之间的时候，为什么会出现IR和IM一样并持续一段时间。

• 如图所示。网上的答案是：当励磁电流和谐振电流相等的时候，没有传递到副边的能量。所以二极管没有导通。因此两边解耦了。
• 那我的问题就是为什么后面又从解耦的状态变回去了呢？励磁电流和谐振电流的差值怎么又出现了呢？为什么不是一直出现差值要稳定一段时间。
• 也有人提到是因为LLC的下mos开通了。但是这个开通只是为了让谐振电流可以在谐振电容充满后放电使用的。感觉并没有什么联系。
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• 这里就有一个死循环，当谐振电流Ir和励磁电感Im之间的差值存在的时候会被钳位，会有能量传递过去。但是当没有谐振电流Ir和励磁电感Im之间的差值，就没有能量传递过去，为什么谐振电流不是按照自己变化趋势继续变换，而是按照电感相加的方式谐振。也就是下图。
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• 后来请教了很多人总算是解开了我的疑惑。输出电压由副边提供能量时候（下图因为存在二极管压降）电压被钳位住了。但是当输出电压比副边电压高的时候，输出电压就无法钳位Lm。由于原副边也可以理解为一个比例电流源，因此有电流输出就肯定副边电压高于输出电压。（虽然问题很简单。。。。真的难住了我一个月。。。。希望不会像我一样蠢）
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参考和引用

LLC原理详细讲解，电源工程师必须要收藏！-面包板社区 (eet-china.com)