LLC谐振变换器详解（四）| 谐振电路基础

时间： 2024-11-27 来源：瑶芯微电子公众号

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由于LLC谐振变换器可以实现电气隔离，高效率，高功率密度，低EMI等功能，因此在汽车与工业得到广泛应用。因其多模态工作，设计计算复杂，通常采用其等效电路分析。由于LLC的等效电路与RLC的基本电路图非常像，其主要区别是两者输入源不同，以及LLC多了一个Lm电感，但其谐振原理是一样的。为了便于分析与理解，不妨从RLC的基本原理开始分析。

电感的阻交通直特性

在RLC回路中，可以把RLC看作一个阻抗，通常用Zin表示。Zin=XL+XC+R，XL表示感抗，XC表示容抗，R表示纯电阻阻值。电感的感抗公式是XL=2πfL，从公式中可以看到，感抗XL除了与电感量相关，与频率也息息相关。当电感接入直流电路时，由于直流电流的大小和方向是恒定不变的，电感线圈中的磁通量不发生变化。根据法拉第电磁感应定律，没有感应电动势产生，此时电感对直流电流没有阻碍作用，相当于一根导线，直流电能顺利通过。当电感接入交流电时，交流电流的大小和方向随时间周期性变化，这会使电感线圈中的磁通量也不断变化，从而产生感应电动势。根据楞次定律，感应电动势会阻碍电流的变化，这种阻碍作用就表现为电感对交流电的阻碍，这种阻碍作用被称为感抗（XL），其大小与交流电的频率（f）和电感量（L）成正比。频率越高，电感量越大，感抗就越大，对交流电的阻碍作用也就越强

电容的隔直通交特性

与电感刚好相反，电容的基本特性是隔直通交。当直流电压加在电容两端时，充电过程在极短时间内完成。当电容充电完成后，电路中就不再有电流流动，因为直流电压不能使电容的极板间持续有电荷的移动，所以电容对于直流电来说相当于断路，起到了隔离直流的作用。

在交流电路中，随着交流电压大小和方向的周期性变化，电容会不断地进行充电和放电过程。由于交流电压方向不断改变，使得电路中始终有电流，好像交流电能够顺利通过电容一样。电容对交流电的阻碍作用称为容抗（XC=1/2πfC），容抗的大小与交流电的频率（f）和电容值（C）有关。频率越高，电容越大，容抗就越小，交流电就越容易通过。这就是电容的通交特点。

感抗与容抗复数形式

在谐振电路中复数是非常常见的，实部称为电阻，虚部称为电抗（容抗和感抗的合称）。XL与容抗XC的复数公式如下：

在交流回路中总阻抗即电阻与电抗的总和，可表示为：Zin=R+jX

当X=0时，即XL的大小与XC的大小相等，因为感抗与容抗的相位相差180°——呈反相关系，所以电路的电抗X=0。此时电路中的阻抗Zin最小，并且呈纯阻性，即：Zin=R，电流和电压同相位。

当X>0，即XL大于XC，则电路等效于电阻和电感串联，电流与电压有相位差。根据电感的特性， U=L*di/dt，di是电感上面变化的电流，dt是变化的时间。如果输入是一个纯正弦输入的电压，那么电流与电压有一个90°的相位差，如图2所示，电流在过0的时候是整个正弦中变化斜率最大的，而电流在最顶峰时变化斜率为0。根据U=L*di/dt，电流在峰值的时候，di/dt刚好等于0。U=L*di/dt。那么U是0V。而电流在过0的时候，斜率最大，U=L*最大的斜率，所以电压就刚好对应了峰值电压。所以对于电感而言，电流是滞后电压90°的。

如果换成电容，电容电压不能突变，而电流能突变。所以电容与电感刚好相反，如图3所示，电流是超前电压90°。

如果回路中多加了一个电阻，电压与电流的相位无法确定，此时就需要引入虚数来计算。可以用j代表相位，-j代表滞后90度，j就代表超前90度。如果黑盒子中的阻抗为j*100Ω，Vin/j100=-jVin/100，可以在同一个坐标系中画出来电压与电流的波形，电流滞后电压90°。如图3所示，在直角坐标系中，1Ω与j1Ω相差90°，1Ω是纯阻，而j1是超前90°，所以j100是在Y轴的正半轴。

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型号- MID-POELT,750315289,750315046,750317229,750811438,750341570,750342424,750811434,750316133,750342657,750342415,750343506,750341569,750315290,750342411,750342655,750341566,750110133,750310849,750030399,750040190,MID-LLIT,750811445,750317233,750030398,750317234,750317235,750317236,750316116,750314178,750811418,MID-IBMAX,750313082,750341793,750343972,7508116312,750051062,7508116313,7508116314,7508116315,7508116316,7508116318,MID-OLMAX,750316112,750314189,750341788,750342878,750343725,750342879,750845240,750313095,750341780,MID-DC16EU,750341781,750315039,750315038,750341138,750341139,750315089,750341134,750341135,750341136,750341137,750316170,750110102,750317263,750811630,750343548,750343306,750343547,750811648,MID-POE,750510478,750811647,750510476,750811644,750811645,750343542,750315092,750315090,750343780,750317031,750871530,750510231,750811643,750811617,750342206,750811618,750811616,750811613,750811614,750811611,750811612,750343773,750343772,750343534,750341599,750341591,750317248,750343768,750343769,750315072,750342671,750311959,750317250,750317251,750317252,750317253,750510250,750314597,MID-FL,750314352,750311082,750312170,MID-PLC,750311083,MID-PLN,7508151501,MID-OLSTM,750817139,MID-PPMAX,MID-PMA,750316770,750315445,750817135,750315213,750312188,750341723,750312185,750312186,750312184,MID-AMT,MID-HB,750032173,750315214,750315422,MID-FLYIFX,750317605,750315669,750817112,750314100,750317615,750316769,760801080,750871110,750871111,750313017,750032395,MID-POETI,750315434,750315246,750316336,750314399,750315245,750314398,750342625,750314397,750314396,750342627,750315242,750315241,750315240,750340680,750313062,750342860,750342864,MID-FBRTI,750370026,MID-D11,750370024,750316331,750316332,750315249,750316333,750315248,750316334,750315247,750316335,750341526,750315252,750342859,750315250,750342851,750342611,MID-FLYSTM,760871431,750316585,750316586,750817100,MID-OLIFX,750315465,750341751,750370288,750315229,750370289,750316793,750315228,750316794,750315227,750316795,750315226,750817310,750316796,750315225,750313048,750316326,750313054,750315232,750315231,750315230,750314382,750343920,750370271,750815141,750316561,750316566,7508111329,750310032,750510721,750310031,750510720,7508111324,7508111323,750316818,750316819,MID-OLON,MID-OLPI,750343192,750313309,750315727,750315967,750314878,750310035,750510713,750310042,750316825,MID-SPLT,750510719,7508170310,7508170311,7508170312,7508170313,750315739,750314401,750314400,7508110210,750510505,750310019,MID-OLRM,750313527,750313769,750315945,750315703,750310018,750315942,750314851,750310020,760390015,750510730,760390014,760871131,760390013,760390012,750510739,750510738,750510737,750343160,MID-DC16US,750343164,750310027,750314624,750040609,750813046,750310022,750813045,750316853,750312495,750316854,750316855,750316856,MID-FLT,750313109,750315526,MID-OLTI,750313102,750314433,750314442,750314441,750316867,7508110420,750315778,750314445,750313355,7508111518,750315741,750315740,760800001,7508110410,750510705,750811291,MID-IBTI,750811290,750310059,750315504,750051786,7508110419,750315745,750315744,MID-OLNXP,750314896,750315743,750315742,750813002,750510566,750510565,750510564,750030418,750841012,750030424,750030421,750030428,750030426,750311525,750311765,750311524,750030420,750343108,750343107,750510556,750343109,750510555,750510311,750343341,750343101,750030434,750030432,750817821,750030439,750317072,750817822,750313959,750030438,MID-FLYADI,750312626,750030430,750811042,MID-OLDIA,750510589,750811019,750343332,750343576,750841034,750030402,750030401,750030400,750313928,750311505,750030405,750030404,750030403,750811016,750510580,750317049,750510578,750341141,750342230,750341142,750341143,750341144,750341145,750050480,750030416,750341140,750510572,750317297,750051576,750811023,750310660,750841291,7508111125,7508111123,750343154,7508111120,750510529,750510528,750314839,750342063,750313747,750315924,MID-DAA,750315923,750370702,750311320,MID-OLLT,750811248,MID-DSLITL,7508111111,750343389,750510517,750810150,750343382,750343140,750342294,750342295,750314848,750343383,750813423,750313755,750310007,750313995,750310002,750311780,750312870,750510785,750510784,750510541,750510783,750341196,750341197,750341198,750341199,750342288,750030446,750030445,750030444,750341190,750052237,750030443,750341191,750341192,750050050,750341193,750343373,750341194,750341195,750343372,750510540,750510782,MID-UDS,750030442,750811693,750030441,750030440,750312872,750311542,750510536,750313970,760874040,750811227,750343122,750341185,750341186,750342275,750341187,750341188,750341189,750342279,MID-FLIT,750341181,750313739,750311559,750317095,750341182,750341183,750315916,750341184,750315915,750312407,750312646,750315914,750315913,750311558,750313975,750313976,750313734,750311798,750313973,750313974,750810132,750313972,750810131,750311553,750342304,750316017,750316018,750343635,750316019,750341696,760372002,MID-OLEPW,750510165,750510164,750316016,750341204,750316028,750341205,750316029,750341206,750342779,750341448,7503

2019/11/22 - WURTH ELEKTRONIK - 选型指南

IPDQ60R007CM8 MOSFET

型号- CM8 SERIES,IPDQ60R007CM8,CM8

2024-03-21 - INFINEON - 数据手册 - Rev. 2.1

IPZA60R016CM8 MOSFET

型号- CM8 SERIES,IPZA60R016CM8,CM8

2024-03-21 - INFINEON - 数据手册 - Rev. 2.1

IPT60R016CM8 MOSFET

型号- IPT60R016CM8,CM8 SERIES,CM8

2024-03-21 - INFINEON - 数据手册 - Rev. 2.1

采用Konnekt™技术的KC-LINK™用于高效率、高密度电源应用（商用和汽车级）表面贴装多层陶瓷片式电容器（SMD MLCC）

描述- KEMET推出的KC-LINK™系列表面贴装多层陶瓷片式电容器（SMD MLCCs）采用KONNEKT™技术，专为高效、高密度电源应用设计。这些电容器利用创新的TLPS材料实现高密度封装，适用于功率转换器、逆变器、抑制器和谐振器等对效率要求高的场合。KONNEKT技术提供低损耗、低电感封装，能够处理极高的纹波电流，同时保持电容值稳定。这些电容器具有高机械强度，可无需金属框架安装，并支持低损耗方向安装，以进一步提高功率处理能力。

型号- CKC33C304KWGLC(A),CKC33C664KCGLC(A),CKC33C663KJGLC(A),CKC33C204KEGLC(A),CKC21C304KWGLC(A),CKC18C303KDGLC(A),CKC18C453KDGLC(A),CKC21C143KJGLC(A),CKC21C404KCGLC(A),CKC33C454KWGLC(A),CKC18C943KWGLC(A),CKC33C144KEGLC(A),CKC21C203KJGLC(A),CKC21C134KDGLC(A),CKC33C224KDGLC(A),CKC33C303KGGLC(A),CKC21C104KDGLC(A),CKC33C443KJGLC(A),CKC21C204KCGLC(A),CKC18C943KCGLC(A),CKC21C663KDGLC(A),CKC33C114KDGLC(A),CKC33C453KGGLC(A),CKC21C243KEGLC(A),CKC21C404KWGLC(A),CKC33C884KCGLC(A),CKC33C943KEGLC(A),CKC33C884KCGLCXXXX,CKC21C273KJGLC(A),CKC33C883KJGLC(A),CKC33C604KWGLC(A),CKC33C603KGGLC(A),CKC33C444KCGLC(A),CKC21C204KWGLC(A),CKC18C144KWGLC(A),CKC21C304KCGLC(A),CKC21C483KEGLC(A),CKC18C144KCGLC(A),CKC21C363KEGLC(A),CKC33C174KDGLC(A)

3/10/2022 - KEMET - 数据手册查看更多版本