LLC諧振回路電流(tank current)分析與測(cè)量
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LLC是前端DC-DC轉(zhuǎn)換器的最佳備選項(xiàng)，它可以滿足寬輸入電壓范圍和高效率要求。UCC25600專為使用諧振拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的DC/DC應(yīng)用而設(shè)計(jì)，特別是LLC半橋諧振轉(zhuǎn)換器。這種高度集成的控制器只有8支引腳，并使用小尺寸封裝，它可以極大簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)和布局，同時(shí)還可以縮短產(chǎn)品上市時(shí)間【2】。因此，我們把LLC半橋諧振轉(zhuǎn)換器作為一個(gè)例子，來分析諧振回路電流。
諧振回路電流分析
圖1為一個(gè)LLC諧振半橋轉(zhuǎn)換器電路。
S1和S2為一次MOSFET。
CS1和CS2為MOSFET漏極和源極之間的寄生電容器。
DS1和DS2為MOSFET的體二極管。
Lr和Cr為諧振電感器和諧振電容器。
Lm為變壓器的磁電感器。
n為一次和二次線圈的匝數(shù)比
二次整流器包含D1和D2。
CO為輸出電容器。
RL為負(fù)載。
Vin為輸入電壓，而VO則為輸出電壓。
圖 1 LLC諧振半橋轉(zhuǎn)換器
LLC諧振轉(zhuǎn)換器共有2個(gè)諧振頻率：一個(gè)由Lr和Cr產(chǎn)生，如方程式1所示；另一個(gè)由Lr、Lm和Cr產(chǎn)生，如方程式2所示。一般而言，按照設(shè)計(jì)，正常輸入電壓時(shí)LLC工作在fr頻率下，從而實(shí)現(xiàn)最佳效率。開關(guān)頻率大于fr。一次MOSFET的ZVS可以實(shí)現(xiàn)，但是二次二極管的ZCS無法實(shí)現(xiàn)；它被稱作LC串聯(lián)諧振。當(dāng)開關(guān)頻率低于fr但高于fm時(shí)，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)ZVS和ZCS。由于某個(gè)時(shí)間內(nèi)會(huì)出現(xiàn)Lr、Lm和Cr諧振，因此它被稱作LLC串聯(lián)諧振。在參考文獻(xiàn)【3】中，大部分負(fù)載范圍的開關(guān)頻率均低于fr，因此本應(yīng)用報(bào)告會(huì)對(duì)頻率低于fr的工作情況進(jìn)行分析。
圖2為fm
圖 2 fm
在t2下，高側(cè)MOSFET S1被關(guān)閉，但低側(cè)MOSFET仍處于關(guān)閉狀態(tài)，因此t2為死區(qū)時(shí)間之初。在此周期，諧振回路電流無法流經(jīng)MOSFET；它對(duì)CS1充電，然后對(duì)CS2放電。CS1和CS2參與諧振。CS1和CS2相等，并且都很小，因此該周期非常短。ZVS迅速達(dá)到。在現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，Cr>>CS1，因此在該周期內(nèi)，VCr幾乎不變；可以把它看作是一個(gè)DC電壓源。圖3顯示了一個(gè)簡(jiǎn)化版電路。
圖 3 t2
所有參數(shù)如方程式3和4所示，諧振頻率等于方程式5。由于Ceq，fr3遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于fr1和fr2。
其中，
我們對(duì)該周期內(nèi)諧振回路電流值的變化進(jìn)行研究，因此要求一個(gè)方程式來描述時(shí)域諧振回路電流。該周期的實(shí)際開始時(shí)間為t2，結(jié)束時(shí)間為t3。為了簡(jiǎn)化計(jì)算過程，假設(shè)周期開始時(shí)間為0，則結(jié)束時(shí)間為ta。時(shí)間為0時(shí)，VCeq的電壓為
，諧振回路電流為ILr，因此
。時(shí)間ta時(shí)，VCeq的電壓為
，因此
。根據(jù)方程式3，VCeq（t）為：
其中，p1和p2為常量。我們定義
，因此方程式6可以得到簡(jiǎn)化。
iLr（t）表示為方程式8。
分別代入方程式7和8中，常量系數(shù)p1和p2推導(dǎo)得：
放入方程式6。
根據(jù)方程式11，可推導(dǎo)出sin（ωrmt a） 和cos（ωrmt a）。
iLr（ta）如方程式12所示。由于推導(dǎo)得到所有參數(shù)，因此可得到iLr（ta）的確切值。
評(píng)論