如题所述
在现代开关电源设计的追求中,磁性元件的传统滤波方式正逐渐被软开关技术所取代。其中,LLC谐振半桥电路以其独特优势脱颖而出。它巧妙地利用电感与电容的串联,实现了电流和电压的正弦波变化,显著降低了开关器件在零电压和电流时刻的损耗,即ZVS和ZCS技术。LLC电路的核心特性包括变频控制、固定的50%占空比、高效能和低输出电压波动,为小型化设计带来了革命性的突破。
深入剖析其工作原理,LLC电路通过傅立叶分析,我们可以看到电压增益M受到频率fn、品质因数Q以及电路参数λ的影响。调整fn,可以实现对输出电压的精确控制。然而,宽负载输入可能会限制工作频率范围,此时,PFC电路通常在大功率场景中发挥作用,以处理输入电压的波动,而LLC电路自身对电压波动的适应性则相对较优。
在电路设计中,Mmin和fmax的选择至关重要,它们分别对应着最大增益和最小归一化频率的要求。λ的存在会改变增益曲线的形状,空载频率上升,M∞减小,但增益却可能有所提升。归一化阻抗Zn的分析中,λ=0.2的曲线簇交点fn.cross决定着输入阻抗随负载变化的关键转折点。
输出功率和效率受fn和阻抗特性的影响显著,通过计算感性/容性工作区的临界频率fz,我们可以确定电路的工作区域,Mz (fn, λ)决定着最大增益在容性负载下的表现。为了实现软开关,ZVS的约束条件包括感性区域的必要条件以及考虑死区时间TD和Czvs的影响,而充分条件则取决于Izvs以确保电荷消耗满足ZVS开通。
在保证输入阻抗非零相位,避免ZVS限制的情况下,我们计算出Qmax,以最大化输出功率并适应最小输入电压。空载条件下的Qzvs2需满足ZVS充分条件,而满载时则需增加Qzvs2的限制,同时空载状态下Q值为零。
负载过载和短路时,工作频率必须高于谐振频率,以限制功率传输,必要时还需采取限流措施以防止电路进入容性区域。LLC电路在磁集成设计中展现了极大的潜力,尤其是在考虑变压器漏电感的APR模型分析中,物理模型与等效模型间的参数转换是设计过程中不可或缺的一环。
APR模型的简化设计步骤涉及关键参数的选择,如输入电压范围(Vdc.Min-Vdc.max)、正常工作电压(Vdc.nom)、输出电压(Vout)、谐振频率(fr)和工作频率范围。首先,我们需要确定圈比、电压增益、Czvs和死区时间TD。然后,遵循自动调节的原则,确保工作在ZVS区域。最后,通过一系列计算,包括变压器参数、频率、负载阻抗、Q值以及元件值(Lr, Lm, Cr)的确定,我们完成了LLC谐振半桥电路的全面设计。
深入剖析其工作原理,LLC电路通过傅立叶分析,我们可以看到电压增益M受到频率fn、品质因数Q以及电路参数λ的影响。调整fn,可以实现对输出电压的精确控制。然而,宽负载输入可能会限制工作频率范围,此时,PFC电路通常在大功率场景中发挥作用,以处理输入电压的波动,而LLC电路自身对电压波动的适应性则相对较优。
在电路设计中,Mmin和fmax的选择至关重要,它们分别对应着最大增益和最小归一化频率的要求。λ的存在会改变增益曲线的形状,空载频率上升,M∞减小,但增益却可能有所提升。归一化阻抗Zn的分析中,λ=0.2的曲线簇交点fn.cross决定着输入阻抗随负载变化的关键转折点。
输出功率和效率受fn和阻抗特性的影响显著,通过计算感性/容性工作区的临界频率fz,我们可以确定电路的工作区域,Mz (fn, λ)决定着最大增益在容性负载下的表现。为了实现软开关,ZVS的约束条件包括感性区域的必要条件以及考虑死区时间TD和Czvs的影响,而充分条件则取决于Izvs以确保电荷消耗满足ZVS开通。
在保证输入阻抗非零相位,避免ZVS限制的情况下,我们计算出Qmax,以最大化输出功率并适应最小输入电压。空载条件下的Qzvs2需满足ZVS充分条件,而满载时则需增加Qzvs2的限制,同时空载状态下Q值为零。
负载过载和短路时,工作频率必须高于谐振频率,以限制功率传输,必要时还需采取限流措施以防止电路进入容性区域。LLC电路在磁集成设计中展现了极大的潜力,尤其是在考虑变压器漏电感的APR模型分析中,物理模型与等效模型间的参数转换是设计过程中不可或缺的一环。
APR模型的简化设计步骤涉及关键参数的选择,如输入电压范围(Vdc.Min-Vdc.max)、正常工作电压(Vdc.nom)、输出电压(Vout)、谐振频率(fr)和工作频率范围。首先,我们需要确定圈比、电压增益、Czvs和死区时间TD。然后,遵循自动调节的原则,确保工作在ZVS区域。最后,通过一系列计算,包括变压器参数、频率、负载阻抗、Q值以及元件值(Lr, Lm, Cr)的确定,我们完成了LLC谐振半桥电路的全面设计。
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