LLC谐振电源如何实现ZVS应用及设计技巧

发布时间:2019/6/20 9:42:46

今天在进行《磁性元件与开关电源设计技术》企业内训时;在开关电源设计技术-LLC设计调试技巧中对LLC的关键技术及易发生故障的状况进行了分析;
LLC谐振电源如何实现ZVS应用及设计技巧提供参考!
LLC谐振变换器的优势!电路分析架构如下:


,电路结构相对简单,有较高的效率。
第二,它可以在整个运行范围内,实现零电压切换(ZVS)。所有寄生元件,包括所有半导体器件的结电容和变压器的漏磁电感和激磁电感,都是用来实现ZVS 的,ZVS的实现具备的参数特性如何分解;首先看看电路的工作机理:
LLC架构的稳压原理;将上述电路架构进行参数等效分析:


A.输入电压或负载(RL)变化时引起VR电压变化
Zc=1/sCr   ZL=sLr  s=2лf
B.回路中确定Cr&Lr的参数:上述等效电路通过改变频率使1/sCr+sLr(1/2лfCr + 2лfLr)与Rac的分压相应改变,最终维持负载电压不变,即VR不变
当上面是有固定输入的PFC电压设计时,系统的负载变化时会造成系统工作频率的变化,当负载增加时, MOSFET开关频率减小,当负载减小时,开关频率增大。
其电路的特点:
1.LLC 谐振变换器可以在宽负载范围内实现零电压开关。
2. 能够在输入电压和负载大范围变化的情况下调节输出,同时开关频率变化相对很小。
3. 谐振变换器采用频率控制,上下管的占空比各近似为50%.电路工作没有偶次谐波分量,有好的EMI特性。
4. 无需输出电感,可以进一步降低系统成本。
5. 对于低压大电流设计如果输出采用同步整流MOS,可以进一步提升效率。


设计中对于谐振电容的值要求:
Cr电容充当直流电源:存储能量足以支撑Q2导通期间为负载提供能量
满载功率为Pomax,输入电压Vinmax,电容存储的能量=直流电源的在Q1导通期间提供能量满足如下公式要求:


Cr容值满足:


通过对LLC变换器ZVS状态下的模态分析:


在开关管关断时刻,谐振槽路存储的磁能必须大于两个开关管输出电容完成充、放电所需的电能,表示为:


式中Imoff是Q1关断时刻磁化电感Lm的电流;节点Va处的总电容Czvs
为了防止直通现象,需要在两个驱动信号之间增加一个死区时间Td,确保一个开关管彻底关断后才允许另一个开关管开启!

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