【经验】时科讲解LLC原理

2022-09-04 时科
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时科关于LLC原理讲解,与传统PWM(脉宽调节)变换器不同,LLC是一种通过控制开关频率(频率调节)来实现输出电压恒定的谐振电路。它的优点是:实现原边两个主MOS开关的零电压开通(ZVS)和副边整流二极管的零电流关断(ZCS),通过软开关技术,可以降低电源的开关损耗,提高功率变换器的效率和功率密度。

学习并理解LLC,我们必须首先弄清楚以下两个基本问题:

1.什么是软开关

2.LLC电路是如何实现软开关的


由于普通的拓扑电路的开关管是硬开关的,在导通和关断时MOS管的Vds电压和电流会产生交叠,电压与电流交叠的区域即MOS管的导通损耗和关断损耗。如图所示:

为了降低开关管的开关损耗,提高电源的效率,有零电压开关(ZVS)和零电流开关(ZCS)两种软开关办法。 


1 零电压开关(ZVS)

开关管的电压在导通前降到零,在关断时保持为零。


2零电流开关(ZCS)

使开关管的电流在导通时保持在零,在关断前使电流降到零。

由于开关损耗与流过开关管的电流和开关管上的电压的成绩(V*I)有关,当采用零电压ZVS导通时,开关管上的电压几乎为零,所以导通损耗非常低。

►Vin为直流母线电压,S1,S2为主开关MOS管(其中Sc1和Sc2分别为MOS管S1和S2的结电容,并联在Vds上的二极管分别为MOS管S1和S2的体二极管),一起受控产生方波电压;


►谐振电容Cr 、谐振电杆Lr 、 励磁电杆Lm一起构成谐振网络;


►np,ns为理想变压器原副边线圈;


►二极管D1, 二极管D2,输出电容Co一起构成输出整流滤波网络。


那么LLC电路是怎么实现软开关的呢?

要实现零电压开关,开关管的电流必须滞后于电压,使谐振槽路工作在感性状态。


LLC 开关管在导通前,电流先从开关MOS管的体二极管(S到D)内流过,开关MOS管D-S之间电压被箝位在接近0V(二极管压降),此时让开关MOS管导通,可以实现零电压导通;在关断前,由于D-S 间的电容电压为0V而且不能突变,因此也近似于零电压关断(实际也为硬关断)。

那什么是谐振呢?

我们不妨先看看电感和电容的基本特性:与电阻不同,电感和电容都不是纯阻性线性器件,电感的感抗XL和电容的容抗Xc都与频率有关,当加在电感和电容上的频率发生变化时,它们的感抗XL和容抗Xc会发生变化。


1、如下图RL电路,当输入源Vin的频率增加时,电感的感抗增大,输出电压减小,增益Gain=Vo/Vin随频率增加而减小。

2、如下图RC电路,相反,当输入源Vin的频率增加时,电容的容抗减小,输出电压增大,增益Gain=Vo/Vin随频率增加而增加。

下面我们分析一下LLC谐振电路的特性,如图,当我们将L和C都引入电路中发现,当输入电压源的频率从0开始向某一频率增加时,LC电路呈容性(容抗>感抗),增益Gain=Vo/Vin随频率增加而增加,当从这一频率再向右边增加时,LC电路呈感性(感抗>容抗),增益Gain=Vo/Vin随频率增加而降低。这一频率即为谐振频率(此时感抗=容抗,XL=Xc=ωL=1/ωC),谐振时电路呈纯电阻性,增益最大。


谐振条件:感抗=容抗,XL=Xc=ωL=1/ωC


谐振频率:fo

那么谐振有什么作用呢?

控制让谐振电路发生谐振,有三个参数可以调节。由于L和C的大小不方便调节,通过调节输入电压源的频率,可以使L、C的相位相同,整个电路呈现为纯电阻性,谐振时,电路的总阻抗达到或近似达到极值。利用谐振的特征控制电路工作在合适的工作点上,同时又要避免工作在不合适的点上而产生危害。


LLC稳定输出电压原理

将LLC电路等效分析,得到i如下简化电路。当交流等效负载Rac变化时,系统通过调整工作频率,改变Zr 和Zo的分压比,使得输出电压稳定,LLC就是这样稳定输出电压的。

对LLC来说,有两个谐振频率,一个谐振频率fo是利用谐振电感Lr谐振电容Cr组成;


另一个一个谐振频率fr1是利用谐振电感Lr,励磁电感Lm,谐振电容Cr一起组成;

▼再来看一份更为详细的LLC工作模态分析:


开关网络:S1、S2及其内部寄生二极管Ds1\Ds2、寄生电容Cds1\Cds2;


谐振网络:谐振电容Cr 、串联谐振电感Lr 、并联谐振电感Lm;


中心抽头变压器(匝比为n:1:1),副边整流二极管D1、D2;


输出滤波电容Co(忽略电容的ESR),负载 Ro。


1.1 LLC变换器的模态分析

对于LLC电路,存在两个谐振频率:

1.1.1工作区域2(fr2<f<fr1)模态1<="" p="">

1.1.2工作区域2(fr2<f<fr1)模态2<="" p="">

1.1.3工作区域2(fr2<f<fr1)模态3<="" p="">

1.1.4工作区域2(fr2<f<fr1)模态4<="" p="">

1.1.5工作区域2(fr2<f<fr1)模态5<="" p="">


1.2f=fr1情况下的波形图


1.3f>fr1情况下的模态分析

1.3.1工作区域1(f>fr1)模态1

1.3.2工作区域1(f>fr1)模态2


1.3.3工作区域1(f>fr1)模态3


1.3.4工作区域1(f>fr1)模态4

总结:

开关频率fr2<f<fr1时,且谐振网络工作在感性区域时,llc变换器原边开关管实现zvs,且流过输出整流二极管的电流工作在断续模式,整流二极管实现zcs,消除了因二极管反向恢复所产生的损耗;< p="">


开关频率f=fr1时,LLC谐振变换器工作在完全谐振状态,原边开关管可以实现ZVS,整流二极管工作在临界电流模式,此时可以实现整流二极管的ZCS,消除了因二极管反向恢复所产生的损耗;


开关频率f>fr1时,LLC谐振变换器原边开关管在任何负载下都可以实现ZVS,但是变压器励磁电感由于始终被输出电压所钳位,因此,只有Lr、Cr发生串联谐振,而Lm在整个开关过程中都不参与串联谐振,且此时输出整流二极管工作在电流连续模式,整流二极管不能实现ZCS,会产生反向恢复损耗。

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时科低压差稳压器SK1117系列支持多种输出电压选择,静态电流低至5mA

时科SK1117低压差稳压器凭借其灵活的输出电压范围、优秀的低压差特性、低静态电流以及高PSRR与出色的热性能,在便携设备、消费电子以及工业设备等应用中都具备显著优势。SK1117不仅提升了系统的稳定性和可靠性,同时在节能与低噪声性能上满足了高标准应用需求,是各类设备电源管理方案中的理想之选。

产品    发布时间 : 2024-11-07

时科(SHIKUES)分立元器件选型指南

目录- 品牌介绍    产品    封裝尺寸   

型号- 1SMA5952BG,SMAJ6.0CA,SMAJ40CA,MMBZ5258B,1SMA4749AG,S2MW,SMF10CA,SD15,SD12,SKIS40N120-T7,SD18,HD04,RS3BBG,RS3BBF,HD06,HD08,MMBZ5259B,ES2JBG,ES2JBF,SD05,SD03,BAV23A V0,HD10,SMCJ14CA,S2MF,S2MG,RS3BCG,MMBZ5256B,2SB1260,SMDJ78AG,SD36,SMCJ100CA,SS320CG,SK2301AAVP,SMBJ300A,SMBJ150CA,SMF120CA,BZT52C8V2,MMBD2838,MMBD2836,SMAJ70A,SD20,MMBZ5257B,SD24,SMDJ51CAG,SS320BF,SS320BG,SK210WA,MBRD10100,SMCJ30A,SK32CG,BAS40H,BC847PN,2SA1036,2SA1037,SKM34-AS,SF501DS,SMDJ160AG,KBP3005-S5.5,SMDJ150CAG,RB520G-30,FMB4SK,1SMAF4749A,GBLC12CI,SK05N65B-TF,SK7808A,SMAJ100A,SK20N08RL-TF,BAT46WS,MBRF40150AT,SS210G,BAS40W,SS210F,BAS40T,SK7809A,SK7805A,MB320S,SMBJ400CA,MM3Z8V2,SMF36CA,SC1405,MBRD10150,SMDJ75CAG,MB320F,SK7805U,SM240C,P6SMB51CA,1SMAF4747A,SC1404,MBR10100CTF,SK7806A,MSB20K,MSB20J,MSB20M,SMCJ220CA,A733,MM5Z4V7,MM5Z56V,1SMA4736AG,MM5Z4V3,MUR1620CTF,MSB20G,MSB20B,1SMAF4748A,MSB20D,1SMB5946BG,MM5Z3V6B,MM5Z51V,1SMA4771AG,MMBZ5250B,SM36C,1SS400,P6SMB16A,2SC5053,1SMAF4745A,SMAJ18CA,MBR20100CT,LUM4B,1SMA5921BG,SRABS20M,SRABS20J,SRABS20K,SK7536-1,MMBZ5251B,P6SMB15A,1SMAF4746A,SK58CG,LUM1B,UMB6SK,BAS70-06,MBR30200CTF,BAT760,BAS70-04,BAS70-05,1SMAF4743A,RS2AF,RS2AG,1SMB5933BG,MM5Z3V3B,P6SMB16CA,LUM2B,SMDJ14CAG,DS320W,SMBJ90A,SMF64A,SF305DS,SMBJ12CA,BZT52C3V9T,SS82CG,P6SMB13A,DMP3098L,B330AG,SKIS75N65-T7,SS212F,1SMAF4744A,SD101BWS,SK312WA,EABS26,SMBJ5.0A,1SMAF4741A,2SD1766,2SC2812,ES3EBF,ES3EBG,MMBZ5254B,SK10N03,P6SMB12A,SK10N06,SS520G,EABS22,MB6FK,EABS21,EABS24,SS520F,MM5Z3V9B,1SMAF4742A,KBP302-S.5.5,BZT52C3V3T,MBR30150CTF,MMBZ5255B,P6SMB10A,P6SMB11A,SMDJ26CAG,LUM8B,UMSB30B,SK7905AU,UMSB30K,P6SMB100CA,UMSB30J,UMSB30G,SM08,UMSB30D,SK4002WA,2SC2412K,BZT52C3V6T,UMSB30M,SK820CG,MMBZ5252B,PMV48XP,SS215G,SS215F,SDV301N3,SM12,Q-SSC0865,SMF60A,1SMAF4740A,ES2JLG,LUM6B,SK339AN,DTC114YCA,P6SMB82CA,SM05,PZT5551,SM03,P6SMB47CA,PXT8050,RS3KCG,SK338P,BZX84C5V6,P6SMB220CA,ESD3Z3V3BU,BZX84C5V1,SK32WA,RS2GF,RS2GG,SM36,SS512F,SS512G,SD15C,SMDJ16AG,SMF70A,SM18,ESD5L5.0C,ES3DCG,SF323DS,SMAJ48CA,SMBJ43CA,ESD5Z3.3L,SM24,MBRD3100,KBP301G,SM20,S3AF,1N4001W,SMCJ7.5A,SMAJ400A,2SC2712,2SD1664,SK336P,ES3DBF,2SC2714,MBR2060CTF,ES3DBG,KBP10G,BZT52B43,SS52F,SS52G,1N4001F,BC848CW,1N4001G,SMBJ18A,KBP302G,SS510F,SS510G,SK03N02DM,Q-SSC2090-T7,SMAJ300CA,SXT5401,RS2GW,FMB4FK,D882,1N4002G,FTB4FK,SK337N,1N4002F,1SMA4741AG,FTB4FT,MM3Z7V5B,RS2BW,BC848AW,KTA1298,SS315BG,1N4003F,SMBJ16A,SS315BF,SMBJ30CA,1SMA5947BG,SS1060CG,MMBTA14,1SMB5951BG,MMBTA13,S3BF,KDR367,1N4004W,BFG540XR,SMF110A,SK335N,SMAJ8.5CA,RS2AW,SMAJ180A,BC848BW,BZX84B2V7,1N4004G,SK05U45AAP,1N4004F,BZX84B2V4,SMBJ17A,SMF85CA,SK28BG,MMBTA05,MMBTA06,RS2BG,SMBJ120CA,RS2BF,SK10N65B-TF,2SC2757,MM5Z3V0B,RS2DW,SMDJ110CAG,SMBJ14A,P6SMB18A,1N4005F,SMBJ130A,BAR64-02,SD12C,SS515F,SS515G,2SD1802-T,S3DF,ES2ABG,ES2ABF,RS3KBG,KBP3005,RS3KBF,DTA143EE,SMBJ15A,SS315CG,SMAJ170CA,1N4006F,RS2DF,1SMA5934BG,RS2DG,MMBTA55,MB6SK,MMBT3904K,1N4007W,ES5BBG,MB310S,PZT2222A,SMBJ12A,MMBT3904W,ESD5B3CM,MMBT3904T,SMAJ6.0A,ES5BCG,MB310F,SMDJ54CAG,RSX101VA-30,KBP308G,1N4007F,1N4007G,MMBT3904M,SS58F,SS58G,MMBTA56,MMBTA43,MMBTA44,FDV303N,MMBTA42,2SC4505,SMCJ7.0A,BTA06A,SRF957,SMBJ13A,ES5BBF,S3GF,SK2371AA,SDI3068,BCX54-16,M28S,US3ACG,GBLC08CI,PXT8050A,SMCJ150A,SMDJ51AG,MM1W330,SMDJ8.5CAG,S3JF,SMAJ78A,SK14WA,1SMA5929BG,SK8810MF,US3ABG,ESD0502T5CU,US3ABF,SMBJ10A,SMBJ11A,BTA04A,SMAJ22CA,MURD560,SMCJ6.5CA,TB310S,SMAJ75A,SMCJ36A,US5GCG,RS2KF,MMBTA92,RS2KG,1SMB5929BG,SS54G,BZT52B22,BZT52B24,1SMA4754AG,SMF54CA,2SK1590,B360AG,BZT52B27,1N4448W,RS2KW,B5817WL,KBP304G,1SMB5914BG,P6SMB170A,SS510LCG,SS54F,B5817WS,BZT52B20,SMCJ45CA,US5GBF,US5GBG,RS2JG,DB205,MBR4045CTF,DB204,2SC4548,DB207,BZT52C7V5,B0520WS,RS2JF,DB206,FMSB20B,SBLC08CI,DB201,DB203,DB202,FMSB20M,BZT52B33,SMDJ78CAG,RS2JW,BZT52B36,2SD2170,B360BG,BZT52B39,SS8050W,MURD540,FMSB20D,FMSB20G,SD18C,MB315F,SS510LBG,S3KF,1SMA5916BG,FMSB20K,BZT52B30,FMSB20J,SMAJ6.5A,SMBJ440A,RS2MF,RS2MG,BZT52B4V3,SMCJ58CA,BZT52B4V7,1SMA4767AG,SF310DS,FTB4ST,RS2MW,KBP306G,SMCJ33A,SS56F,SS56G,PMEG3010ER,MBR10150CT,MMBTA63,BZT52B18,S6ACG,FTB4SK,BZT52B10,BZT52B11,SMDJ7.5AG,BZT52B12,2SD2150,BZT52B13,BZT52B15,BZT52B16,MURD520,S3MF,S3GCG,MBR3060CT,ESD0501CM,1SMB5927BG,MBR20200C-ST,GS1DG,SKM42A3729T-C,SK4003WA,MMBZ5246B,ESD0501CU,SMF6.0A,SD103AX,SD103AW,RB160M-40,2SD2098,MM3Z2V0B,MM3Z7V5,SK10N70B-TF,MM5Z47V,TL432A,1SMB5916BG,RB160M-30,S3GBF,RS10JCG,SMAJ60A,S3GBG,MM5Z3V9,LM317,SKGM18N65-T,MM5Z3V0,KDS160E,SMDJ20AG,SK28WA,MM5Z3V3,SMF22CA,MM5Z3V6,MBRD10200,SMCJ7.0CA,Q-SSC08120-T,SMCJ20A,SK2302A,S2DBF,1SMA5951BG,SKR1GWA,SS210LBG,S2DBG,SMDJ17CAG,SF502DS,SMBJ85A,SS52BF,SK80N03,SS52BG,TB2S-10,2SB1132,MM3Z2V2B,SK2301A,SMF180A,BZT52C6V8T,BAV19WS,SS54BFL,BCX51-16,BAV19WT,FTB2SK,GS1GG,MM5Z6V2B,SS52CG,MMBZ5245B,BAV19WL,FTB2ST,SK2300A,MBR3060CTF,SKQ14N15AD,UMSB40B,SD103AWS,MBR4040CTF,SMCJ13CA,SK510CG,SKQ55P02AD,MM5Z43V,KBP3005G,MM3Z2V4B,SK2307A,SS38F,SS38G,MSB30M,SMCJ26CA,MSB30J,MSB30K,1SMA4735AG,BZT52C6V2T,MM1W300,SMDJ64AG,KSA1182,MM5Z6V8B,SM120C,MSB30G,MSB30B,MSB30D,NUP1105,SD103CW,SK33CG,SMAJ85CA,1SMA4748AG,GS1JG,SD103CX,P6SMB180CA,SMBJ90CA,SKML2502,S10DC

选型指南  -  时科  - 2023/5/29 PDF 中文 下载

时科SS8050与SS8550双极型晶体管,凭借优越电气参数和精确匹配特性,在多种电子应用中表现出色

时科的SS8050与SS8550双极型晶体管,凭借其优越的电气参数和精确的匹配特性,在差分放大器、功率放大器、开关电路等多种电子应用中展现出色表现。它们不仅具备高频率响应、高电流驱动能力,还能在高温、复杂环境下稳定工作。这对晶体管不仅简化了设计过程,还为设计师提供了更为灵活可靠的解决方案。

应用方案    发布时间 : 2024-10-29

时科150mA负载电流的低压降稳压器SK56系列,耐压达80V,为智能家居系统提供高效稳定的电源供应

时科SK56系列的低压降稳压器。SK56系列是一款高输入电压、低静态电流、高PSRR线性稳压器,能够提供150MA的负载电流。这种稳压器具有对线路电压瞬态和负载电流瞬态的快速响应,并在启动和短路恢复期间确保没有过冲电压。此外,该系列产品还具备多种保护功能,提高了智能家居系统的可靠性。

应用方案    发布时间 : 2023-11-28

时科双极型晶体管SS8050/550具备高电流增益、低功耗等优势,为现代电子设备提供理想选择

时科的SS8050与SS8550双极型晶体管凭借其出色的电流增益、频率响应和功率管理能力,在现代电子设备中成为可靠的核心组件。无论是高效的信号放大还是快速的开关控制,時科晶体管均能满足设计者的需求,在不断变化的市场环境中提供卓越的性能与安全保障。

产品    发布时间 : 2024-10-17

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品牌:时科

品类:场效应管

价格:¥0.2743

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品牌:时科

品类:电源基准IC

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品牌:时科

品类:桥式整流器

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品牌:时科

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品牌:时科

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品牌:时科

品类:桥式整流器

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品牌:时科

品类:瞬态抑制管

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品牌:时科

品类:双极型晶体管

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品牌:时科

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