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半桥谐振DC-DC变换器谐振频率运行模式简析
浏览次数:3239 次   发布日期:2015-08-14 

                                         半桥谐振DC-DC变换器谐振频率运行模式简析
        半桥LLC谐振型的DC-DC变换器作为一种比较常见的电子器件,在平时的工作运行中主要采用的是变频控制的方式进行转换,因此其能量传输是通过改变开关频率fs来调节的。如图一所示

         在通常情况下,据开关管的工作频率fs和谐振频率fr、fm的关系,半桥LLC谐振变换器具有fs>fr、fm<fs<fr和fs=fr三个运行模式。本文将会重点针对fs=fr的运行模式进行简要分析,帮助工程师了解其工作过程和不同的工作阶段。


fs=fr工作过程简要分析


fs=fr时,Q1,Q2 Lr Lm iD1 iD2工作波形如图二所示



当半桥LLC谐振型的变换器处于fs=fr运行模式中时,此时若不考虑死区时间,则当开关频率值等于谐振值的时候谐振电流波形近似为完整的正弦波,其工作主要波形图如上图所示。
从图中可以看到,此时的工作状态被为完全谐振,此时的电路具有最佳的工作状态,效率也是最高的。
一般在典型的额定输入电压下把电路设计成这个状态。如表一所示fs=fr的开关控制时序。
以及下图显示各个阶段的主要工作波形和等效电路图。


工作阶段1:t0-t1
在这一工作阶段中,半桥LLC谐振转换器处于t0-t1时间内,从上图中我们可以看到此时Q1导通而Q2关断,
因此在这个阶段内谐振电流ir大于激磁电流im。根据变压器的极性判断,副边整流二极管Dl导通,D2关断
。此时变压器的激磁电感Lm两端电压被副边箝位在nVo,所以此时的Lm不参与谐振,激磁电感im电流呈线形增加,
谐振电流ir则按正弦形式增加,在这个阶段内谐振电流ir大于激磁电流im,它们两者之差产生的剩余能量将由副边整流后传输至负载端。


工作阶段2:t1-t2
在这一工作阶段中,半桥LLC谐振转换器处于t1-t2时刻,此时激磁电流增加到与谐振电流相等,Ql关断。
因为谐振电流与激磁电流相等,所以没有能量传输的负载端。由于Q1、Q2的结电容,激磁电流给电容充放电以实现Q2的零电压导通(ZVS)。
在t1-t2内,Q1、Q2都关断,即是所谓的死区时间,它通常是允许有充足的时间来实现ZVS,同样也防止上下管Q1、Q2的直通。


工作阶段3:t2-t3
这一工作阶段中,半桥LLC谐振转换器处于t2-t3阶段内。在f2时刻,Q2实现了零电压开通,这一阶段与阶段1不同的是副边整流二极管D2导通D1关断,
谐振电流小于激磁电流,它们两者之差产生的剩余能量将由副边整流后传输至负载端。t3时刻以后,Q2关断,电路进入下半个周期,其工作状态与以
上三个阶段完全对称,其工作状态回到t0~t1阶段。


 
 
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