半橋諧振DC-DC變換器諧振頻率運行模式簡析
半橋LLC諧振型的DC-DC變換器作為一種比較常見的電子器件,在平時的工作運行中主要采用的是變頻控制的方式進行轉換,因此其能量傳輸是通過改變開關頻率fs來調節的。如圖一所示
在通常情況下,據開關管的工作頻率fs和諧振頻率fr、fm的關系,半橋LLC諧振變換器具有fs>fr、fm<fs<fr和fs=fr三個運行模式。本文將會重點針對fs=fr的運行模式進行簡要分析,幫助工程師了解其工作過程和不同的工作階段。
fs=fr工作過程簡要分析
fs=fr時,Q1,Q2 Lr Lm iD1 iD2工作波形如圖二所示
當半橋LLC諧振型的變換器處于fs=fr運行模式中時,此時若不考慮死區時間,則當開關頻率值等于諧振值的時候諧振電流波形近似為完整的正弦波,其工作主要波形圖如上圖所示。
從圖中可以看到,此時的工作狀態被為完全諧振,此時的電路具有最佳的工作狀態,效率也是最高的。
一般在典型的額定輸入電壓下把電路設計成這個狀態。如表一所示fs=fr的開關控制時序。
以及下圖顯示各個階段的主要工作波形和等效電路圖。
工作階段1:t0-t1
在這一工作階段中,半橋LLC諧振轉換器處于t0-t1時間內,從上圖中我們可以看到此時Q1導通而Q2關斷,
因此在這個階段內諧振電流ir大于激磁電流im。根據變壓器的極性判斷,副邊整流二極管Dl導通,D2關斷
。此時變壓器的激磁電感Lm兩端電壓被副邊箝位在nVo,所以此時的Lm不參與諧振,激磁電感im電流呈線形增加,
諧振電流ir則按正弦形式增加,在這個階段內諧振電流ir大于激磁電流im,它們兩者之差產生的剩余能量將由副邊整流后傳輸至負載端。
工作階段2:t1-t2
在這一工作階段中,半橋LLC諧振轉換器處于t1-t2時刻,此時激磁電流增加到與諧振電流相等,Ql關斷。
因為諧振電流與激磁電流相等,所以沒有能量傳輸的負載端。由于Q1、Q2的結電容,激磁電流給電容充放電以實現Q2的零電壓導通(ZVS)。
在t1-t2內,Q1、Q2都關斷,即是所謂的死區時間,它通常是允許有充足的時間來實現ZVS,同樣也防止上下管Q1、Q2的直通。
工作階段3:t2-t3
這一工作階段中,半橋LLC諧振轉換器處于t2-t3階段內。在f2時刻,Q2實現了零電壓開通,這一階段與階段1不同的是副邊整流二極管D2導通D1關斷,
諧振電流小于激磁電流,它們兩者之差產生的剩余能量將由副邊整流后傳輸至負載端。t3時刻以后,Q2關斷,電路進入下半個周期,其工作狀態與以
上三個階段完全對稱,其工作狀態回到t0~t1階段。