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1.概述
上面是一個典型的LLC電路。注意Lm是勵磁電感,就是次級線圈空載時的主變壓器電感,據(jù)說在計算諧振頻率時無需關(guān)心。然后,作為DCDC電源,它通過調(diào)整諧振頻率,來改變輸出的電流。負(fù)載越大,頻率越低,輸出電流越大。
本文基于:By Tomas Hudson, Applications Engineer at MPS的兩篇技術(shù)筆記,分別是:
- Understanding LLC Operation (Part I): Power Switches and Resonant Tank
- Understanding LLC Operation (Part II): What to Consider in LLC Converter Design
諧振式DCDC功率電路的四大模塊:
- the power switches,
- resonant tank,
- transformer,
- and diode rectifier
其實還有一個是PFC補(bǔ)償電路,這部分沒有提及。
2.Power Switch的全橋和半橋的區(qū)別
?
注意半橋把Vpp——in 壓縮了一半。全橋可以減少銅損。注意在參數(shù)解算時要要留神這個額外的整流倍率。諧振電路,它提到增益必須大于1,注意,這里的增益是電路的總體增益,就是端到端的整體增益。它利用了諧振電路,在接近諧振頻率,整體電抗下降的特性。
電路在不同負(fù)載下的增益如圖所示 :
負(fù)載電阻越小,輸出功率越大,整個諧振電路的整體增益會下降,因為反饋到諧振電路的能量衰減更快。
整個負(fù)反饋?zhàn)詣诱{(diào)節(jié)的原則是,因為整個電路是個壓控負(fù)反饋。一旦輕載,則整體增益曲線,類似那個品質(zhì)因數(shù)更大,增益在原有的工作頻點(diǎn)處會提升,為了保持輸出電壓穩(wěn)定,所以,開關(guān)頻率會增大——它知道頻率增大,系統(tǒng)整體增益會下降。
系統(tǒng)在各種負(fù)載條件下,始終工作在諧振頻率的遠(yuǎn)端(高頻端)。
3.LLC能夠適應(yīng)不同負(fù)載的原因:
這部分原理沒看清楚,待續(xù)
?如果只有Lr
4.電路的基本參數(shù)計算:
fn,Ln把電路的參數(shù)似乎歸一化了。然后表述的意思是,電路似乎不必工作在諧振頻點(diǎn)。
所以,才會有之前繪制的增益圖。
5.增益問題
?MG(Q,LN,fN) = VOUT[AC] VIN[AC] fN 2×(LN-1) = (fN 2-1)2 + fN 2× (fN 2-1)× (LN-1)2× Q2 (1) The transformer’s gain is defined by the ratio of the number of turns in the transformer’s primary coil to the turns in the secondary coil. Because this ratio is defined by the physical construction of the transformer, it cannot be easily changed once the converter is operating.
它表達(dá)的意思似乎是這個增益曲線,一旦電路參數(shù)確定,就已經(jīng)確定了。
?5.1 為了適應(yīng)電源變化的增益調(diào)節(jié)范圍:?
輸入電源電壓改變,是在增益曲線確定的情況下,工作頻點(diǎn),在整體增益曲線上的相對位置。
5.2 從品質(zhì)因數(shù)的視角,看各個負(fù)載條件下的增益:
?這個與目前觀察到的系統(tǒng)不同負(fù)載下的頻率范圍是差不多的。
負(fù)載變化,諧振電路的品質(zhì)因數(shù)會變化,Q值會被拉低。
6.總體的參數(shù)設(shè)計原則:
總結(jié)一下,參看下圖:
為啥紅色區(qū)域不能碰,也就是所謂的容性區(qū)不可進(jìn)入?
注意,紅色區(qū)域內(nèi)的那條紅色的虛線對應(yīng)著不同負(fù)載條件下的諧振頻點(diǎn)軌跡。原因是電感一旦超限使用,主變會因為磁場飽和,電流會迅速過流。增益曲線的紅色部分沒有考慮磁芯飽和的問題。
1.fmin對應(yīng)最高負(fù)載下的諧振頻點(diǎn)。(這個時候?qū)?yīng)著系統(tǒng)最大負(fù)載下的諧振點(diǎn))。
2.MGmax - MGmin對應(yīng)著輸入電壓的波動。(此時增益曲線是同一條)
3.當(dāng)負(fù)載變輕時,諧振電路的品質(zhì)因數(shù)在上升,也就是諧振狀態(tài)的增益會上升。此時因為電壓反饋電路要保持Vin/Vout穩(wěn)定,此時,系統(tǒng)實際工作頻點(diǎn)會外移,降低增益水平
4.當(dāng)輸入電源電壓上升時,此時因為輸出電壓會隨著升壓,此時系統(tǒng)的整體增益也要下調(diào),所以,也會提高開關(guān)頻率,把增益降下來,這個時候,工作頻率也會外移。對應(yīng)的是MGmax ->MGmin的方向。
5.負(fù)載的改變會讓整個系統(tǒng)的增益曲線改變,大負(fù)載,諧振狀態(tài)的增益更低。也就是諧振電路的Q值更小
6.然后電源電壓的改變,會讓系統(tǒng)的工作頻率,在明確的增益曲線上移動,來找到單條增益曲線上能夠穩(wěn)定住輸出電壓的點(diǎn)。
7.LLC電路參數(shù)的計算的核心目標(biāo):
1.算出最高負(fù)載條件下的諧振頻率。fMin. MGmax是確定的。
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