【技术】解析LLC转换器的工作特点
在本文中,ROHM将会介绍LLC转换器的工作特点。虽然LLC转换器的优点是开关损耗低,但受失谐的影响,开关损耗可能会增加,并且可能会导致MOSFET损坏。LLC转换器使用PFM方式来控制输出电压。由于LLC的增益频率特性具有两个谐振频率,因此根据fsw被分为三个工作区域。
LLC转换器的工作特点
在下面的表格中,汇总了当着眼于基本电路的一次侧MOSFET时,LLC转换器的优缺点。LLC转换器通过部分谐振方式实现ZVS工作,部分谐振方式是使用激励电流对MOSFET的输出电容Coss进行充电和放电。这样可以减少开关损耗,从而可以减小MOSFET封装和散热器的尺寸。
LLC转换器使用可以改变MOSFET开关频率fsw的脉冲频率调制(PFM)方式来控制输出电压。这种电路方式具有两个谐振频率【用Lr、Lm和Cr符号通过公式(1)和(2)表示】,并且电路工作会根据开关频率的设置而变化。
图2是增益—频率特性图。根据开关频率和直流增益,该图被分为三个工作区域。
图2. LLC转换器的增益—频率特性图
下表中分别介绍了每个区域。
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LLC 电路的基本结构以及工作原理图1和图2分别给出了LLC谐振变换器的典型线路和工作波形。如图1所示LLC转换器包括两个功率MOSFET(Q1和Q2),其占空比都为0.5;谐振电容Cr,副边匝数相等的中心抽头变压器Tr,等效电感Lr,励磁电感Lm,全波整流二极管D1和D2以及输出电容Co。图1:LLC谐振变换器的典型线路图2:LLC谐振变换器的工作波形而LLC有两个谐振频率,Cr, Lr 决定谐振频率fr1; 而Lm, Lr, Cr决定谐振频率fr2。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。LLC谐振变换器的工作时序LLC变换器的稳态工作原理如下。1)〔t1,t2〕Q1关断,Q2开通,电感Lr和Cr进行谐振,次级D1关断,D2开通,二极管D1约为两倍输出电压,此时能量从Cr, Lr转换至次级。直到Q2关断。2)〔t2,t3〕Q1和Q2同时关断,此时处于死区时间, 此时电感Lr, Lm电流给Q2的输出电容充电,给Q1的输出电容放电直到Q2输出电容的电压等于Vin.次级D1和D2关断 Vd1=Vd2=0, 当Q1开通时该相位结束。3)〔t3,t4〕Q1导通,Q2关断。D1导通, D2关断, 此时Vd2=2VoutCr和Lr谐振在fr1, 此时Ls的电流通过Q1返回到Vin,直到Lr的电流为零次相位结束。4)〔t4,t5〕Q1导通, Q2关断, D1导通, D2关断,Vd2=2VoutCr和Lr谐振在fr1, Lr的电流反向通过Q1流回功率地。 能量从输入转换到次级,直到Q1关断该相位结束5)〔t5,t6)Q1,Q2同时关断, D1,D2关断, 原边电流I(Lr+Lm)给Q1的Coss充电, 给Coss2放电, 直到Q2的Coss电压为零。 此时Q2二极管开始导通。 Q2开通时相位结束。6)〔t6,t7〕Q1关断,Q2导通,D1关断, D2 开通,Cr和Ls谐振在频率fr1, Lr 电流经Q2回到地。 当Lr电流为零时相位结束。
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