LLC谐振回路电流(tank current)分析与测量

2014-11-19 10:15:49来源: eccn
引言

LLC是前端DC-DC转换器的最佳备选项,它可以满足宽输入电压范围和高效率要求。UCC25600专为使用谐振拓扑结构的DC/DC应用而设计,特别是LLC半桥谐振转换器。这种高度集成的控制器只有8支引脚,并使用小尺寸封装,它可以极大简化系统设计和布局,同时还可以缩短产品上市时间【2】。因此,我们把LLC半桥谐振转换器作为一个例子,来分析谐振回路电流。

谐振回路电流分析

图1为一个LLC谐振半桥转换器电路。
S1和S2为一次MOSFET。
CS1和CS2为MOSFET漏极和源极之间的寄生电容器。
DS1和DS2为MOSFET的体二极管。
Lr和Cr为谐振电感器和谐振电容器。
Lm为变压器的磁电感器。
n为一次和二次线圈的匝数比
二次整流器包含D1和D2。
CO为输出电容器。
RL为负载。
Vin为输入电压,而VO则为输出电压。

图 1 LLC谐振半桥转换器

LLC谐振转换器共有2个谐振频率:一个由Lr和Cr产生,如方程式1所示;另一个由Lr、Lm和Cr产生,如方程式2所示。一般而言,按照设计,正常输入电压时LLC工作在fr频率下,从而实现最佳效率。开关频率大于fr。一次MOSFET的ZVS可以实现,但是二次二极管的ZCS无法实现;它被称作LC串联谐振。当开关频率低于fr但高于fm时,可以同时实现ZVS和ZCS。由于某个时间内会出现Lr、Lm和Cr谐振,因此它被称作LLC串联谐振。在参考文献【3】中,大部分负载范围的开关频率均低于fr,因此本应用报告会对频率低于fr的工作情况进行分析。


图2为fmsr的波形,半周期被划分为四部分。考虑到t2至t3的电压峰值,该周期情况如下图所示。所有方程式表明了功率参数的关系。

图 2 fmsr的波形

在t2下,高侧MOSFET S1被关闭,但低侧MOSFET仍处于关闭状态,因此t2为死区时间之初。在此周期,谐振回路电流无法流经MOSFET;它对CS1充电,然后对CS2放电。CS1和CS2参与谐振。CS1和CS2相等,并且都很小,因此该周期非常短。ZVS迅速达到。在现实系统中,Cr>>CS1,因此在该周期内,VCr几乎不变;可以把它看作是一个DC电压源。图3显示了一个简化版电路。

图 3 t23的简化版电路

所有参数如方程式3和4所示,谐振频率等于方程式5。由于Ceq,fr3远远大于fr1和fr2。



其中,

我们对该周期内谐振回路电流值的变化进行研究,因此要求一个方程式来描述时域谐振回路电流。该周期的实际开始时间为t2,结束时间为t3。为了简化计算过程,假设周期开始时间为0,则结束时间为ta。时间为0时,VCeq的电压为,谐振回路电流为ILr,因此。时间ta时,VCeq的电压为,因此

根据方程式3,VCeq(t)为:



其中,p1和p2为常量。我们定义,因此方程式6可以得到简化。



iLr(t)表示为方程式8。



分别代入方程式7和8中,常量系数p1和p2推导得:

放入方程式6。



根据方程式11,可推导出sin(ωrmt a) 和cos(ωrmt a)。

iLr(ta)如方程式12所示。由于推导得到所有参数,因此可得到iLr(ta)的确切值。
[1] [2]

关键字:LLC  谐振回路电流  电流变换器

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2014/1119/article_10120.html
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