学习LLC谐振变换电路的工作原理_llc谐振变换器工作原理

五、学习LLC谐振变换电路的工作原理

在具有电阻R、电感L和电容C元件的交流电路中，电路两端的电压与其中电流相位一般是不同的。如果调节电路元件（L或C）的参数或电源频率，可以使它们相位相同，整个电路呈现为纯电阻性。电路达到这种状态称之为谐振。

谐振的实质是电容中的电场能与电感中的磁场能相互转换，此增彼减，完全补偿。电场能和磁场能的总和时刻保持不变，电源不必与电容或电感往返转换能量，只需供给电路中电阻所消耗的电能。

按电路联接的不同，有串联谐振和并联谐振两种。

1. 串联谐振。由ZL=JWL,得出电感阻抗随频率增加。由ZC=1/JWC,得出电容阻抗随频率减少；因此，当电容器与电感器串联连接时，它们的阻抗会被相互抵消。在低频时，它就像一个电容，高频时它就像一个电感，在频率为W= 1/LC时，阻抗为0，相当于短路，电流达到最大值，在电感和电容上可能产生比电源电压大很多倍的高电压，又叫电压谐振。

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，电容和电感阻抗相等，出现电路端电压和总电流同相位的现象。整个电路呈纯电阻性，线路中总电流最小，支路电流往往大于总电流，因此又叫电流谐振。

并联谐振电路

LLC电路又称为串并联谐振电路（SPRC），LLC谐振变换电路因其能够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）导通，输出整流二极管也可以通过零电流开关（ZCS）关闭，从而最大限度地减少损耗。

LLC要实现零电压开关，开关管的电流必须滞后于电压，使其工作在感性状态。

LLC谐振电路存在两个谐振频率：fr1=12πLrCr，fr2=12π（Lr+Lm）Cr，考虑到尽可能提高效率，设计电路时需把工作频率设定在fr1附近。对于MOSFET管而言，ZVS模式下开关损耗更小。

LLC谐振全桥变换电路由于具有较高功率密度而广泛用于中、大功率场合，主要由初级线圈，4个功率MOS管，谐振电感Lr、谐振电容Cr、励磁电感Lm，次级则由整流二极管VD5和VD6以及输出滤波电容Co组成。

假设该电路工作在fr1< fs<fr2的频率范围内，可将一个开关周期分为六个过程：

• （t0-t1）t0时刻，Q1和Q4开通，谐振电流Ir经过Q1和Q4，变压器次级电压上正下负，DR1导通，为负载R提供能量。Lm由于Q4导通被钳制，不参与谐振过程，励磁电流线性上升。
• （t1-t2）t1时刻，ILm=ILr，DR1,DR2无电流，次级输出电压对Lm不再钳位，Cr被恒流线性充电升高电压，此时电容Cf向负载供电。
• （t2-t3）t2时刻，Q1和Q4关断，D2和D3导通续流，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，由于此前DR1电流归零，故没有反向恢复。Lm重新被次级输出电压钳位，退出谐振过程。
• （t3-t4）t3时刻，Q2和Q3开通，DR2继续导通向负载提供能量。Lm仍被输出电压钳位不参加谐振，故ILm线性下降。
• （t4-t5）t4时刻，ILm又重新等于ILr，DR1，DR2的电流为零，次级输出电压对Lm不再钳位，Lm开始参与谐振，Cr被反向恒流充电，其电压线性升高。
• （t5-t6）t5时刻，Q2和Q3关断，D1和D4导通续流，从而为Q1和Q4的ZVS开通创造了条件。变压器初级电压极性切换，DR1开始导通，由于此前DR2电流归零故没有反向恢复。Lm重新被次级输出电压钳位，退出谐振过程。

LLC谐振全桥拓扑电路

同步通信程序写法
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单片机拉高时钟线，产生上升沿，数据线上的数据被芯片保存