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LLC串聯諧振拓撲諧振腔電壓概述

冬至子 ? 來源:NewEnergyPCS ? 作者:Energy泥瓦匠 ? 2023-10-20 14:13 ? 次閱讀

1.概述:

忽略高次諧波,假設變換器的功率傳輸,僅是電壓和電流通過傅里葉展開的一次基波部分,被稱為FHA 基波分析法。這也是諧振網絡的選頻特性,適合所有的諧振類拓撲。

2.LLC串聯諧振拓撲諧振腔電壓:

圖片

LLC串聯諧振全橋

圖片

LLC串聯諧振半橋

LLC全橋中點電壓:

S1 S4 采用同一驅動信號,S2 S3采用同一驅動信號,占空比均為50%。S1S4 與 S2S3不直通存在死區。所以中點電壓Vsw,形成幅值±Vin的方波電壓,使用傅里葉展開中點電壓波形。

圖片

諧波取5次就很接近方波了,當取到39次就非常逼近了實際全橋中點電壓。

單次諧波含量

圖片

單次諧波越高,幅值越小,頻率越高。

LLC半橋中點電壓:

S1 S2 是對稱性半橋,每個開關管導通占空比50%(實際<50%),S1 S2不直通存在死區,所以S1 S2中點電壓形成幅值為Vin,占空比50%的方波電壓。使用傅里葉展開中點電壓波形。

圖片

諧波取5次就很接近方波了,當取到39次就非常逼近了實際半橋中點電壓。

單次諧波含量

圖片

單次諧波越高,幅值越小,頻率越高。

由于諧振電容Cr的存在有兩個作用,一個是隔直作用,使變壓器不容易飽和。一個是諧振電容。故輸入到LLC的諧振網絡沒有直流分量。故計算中去掉直流分量。

FHA為了簡化分析計算,只考慮基本起作用故存在誤差,特別是頻率偏離諧振頻率。在LLC諧振電路中的諧振腔本身具有選頻特性,對3次以上的諧波呈現很高的阻抗。所以就 忽略高次諧波影響。

3.LLC串聯諧振拓撲諧振腔電流:

舉例1:

假設把上述的LLC半橋中點電壓加在一個電感L上,得到電感電流波形。

圖片

可以看出電感加方波電壓,電流逐漸上升,直到飽和,存在這個現象是因為磁沒有復位。如果電感加傅里葉展開的波形,當包含7次諧波時,電流波形很接近。電流諧波次數越高就幾乎完全一樣了。

LLC諧振腔電流:

諧振腔網絡的阻抗大小與工作頻率有關,諧振網絡的阻抗可能是容性,也可能是感 性,所以諧振電流的相位有可能超前電壓(容性),或滯后電壓(感性);所以電路可以由兩部份構成,無相位差的純阻性負載電流和有90度相位差的容性、感性諧振元件的無功電流相加的和。

圖片

半橋諧振基波電壓與基波電流的相位差

圖片

全橋諧振諧振基波電壓與基波電流的相位差****

FHA就是假設加在諧振腔是正弦電壓,相位和方波電壓同相位,這樣相位差就很明顯了,得到了ZVS ZCS 就是利用電壓與電流的相位差實現的。

舉例2:

BUCK電路,電感兩端的電壓是Vin-Vo(開關導通),續流時電 感兩端的電壓是 -Vo(開關關短,續流管導通)。

圖片

Buck-CCM電感電壓電流波形

圖片

Buck-DCM電感電流波形

圖片

Buck-BCM電感電流波形

FHA 基波分析法展開buck電路波形。CCM模式下的電感電流可以看成疊加了直流偏置,不影響分析。這樣就詮釋了電感電流滯后電壓90°

4.LLC串聯諧振拓撲的特性曲線:

圖片

通過LLC 串聯諧振網絡等效電路,用其前向傳遞函數。可以得到歸一化的電壓增益曲線。

圖片

通過輸入阻抗與特征阻抗Z0可以得到歸一化的輸入阻抗曲線。

圖片

電路虛部為零,可以得到阻性分割線曲線。

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