雖然諧振LLC轉換器具有若干期望的特征,例如高效率、低EMI和高功率密度,但是諧振轉換器的設計是一項復雜的任務,并且與PWM轉換器相比需要更多的優化工作。本文旨在簡化這項任務,并使其更容易優化設計諧振腔。本文檔概述了LLC轉換器的操作和設計指南。最后,給出了一個全面的設計實例,包括原理圖、材料清單、實驗結果和波形。
圖2.1顯示了帶有全橋整流器的全橋LLC轉換器。在簡單的討論中,開關橋產生方波來激勵LLC諧振腔,LLC諧振腔將輸出諧振正弦電流,該諧振正弦電流由變壓器和整流器電路縮放和整流,輸出電容器對整流的ac電流進行濾波并輸出DC電壓。
轉換器增益=開關橋增益*諧振腔增益*變壓器匝數比(Ns/Np)
其中對于全橋,開關橋增益為1,對于半橋,開關橋增益為0.5。
諧振腔增益可以通過分析圖2.2所示的等效諧振電路來導出,諧振腔增益是其傳遞函數的大小,如等式1所示。
其中
對于不同的品質因數Q值和m的任何單個值,可以將諧振腔增益K與歸一化開關頻率作圖,如圖2.3所示。m值的選擇將在本文檔的后面部分中討論,但是m=6被用作示例。
從圖2.3中可以看出,低Q曲線屬于較輕負荷運行,而高Q曲線代表較重負荷。還可以看出,所有Q曲線(負載條件)在諧振頻率點(在Fx=1或fs=fr處)交叉,并且具有單位增益。圖2.3顯示,所有增益曲線都有峰值,這些峰值定義了諧振回路的電感阻抗和電容阻抗之間的邊界,因此我們可以將電感和電容操作區域定義為圖中的陰影,定義這兩個區域的目的是因為希望在整個輸入電壓和負載電流范圍內保持電感操作,并且永遠不會落入電容區域操作。這種要求是由于零電壓開關(ZVS)僅在電感區域中實現,此外電容操作意味著電流領先于電壓,因此在MOSFET關斷之前,MOSFET中的電流將反向,然后在MOSFET關斷之后,反向電流將在MOSFET的體二極管中流動,一旦橋中的另一個MOSFET導通,這將導致體二極管硬換向,這又將導致反向恢復損耗和噪聲,并可能導致高電流尖峰和器件故障。可以防止電容操作,并且將在本文檔的后面部分中討論。
注:以上資料轉自Infineon官網