LLC谐振回路电流(tank current)剖析与丈量

导言

LLC是前端DC-DC转换器的最佳备选项，它能够满意宽输入电压规模和高功率要求。UCC25600专为运用谐振拓扑结构的DC/DC运用而规划，特别是LLC半桥谐振转换器。这种高度集成的控制器只要8支引脚，并运用小尺度封装，它能够极大简化体系规划和布局，一起还能够缩短产品上市时刻【2】。因而，咱们把LLC半桥谐振转换器作为一个比如，来剖析谐振回路电流。

谐振回路电流剖析

图1为一个LLC谐振半桥转换器电路。
S1和S2为一次MOSFET。
CS1和CS2为MOSFET漏极和源极之间的寄生电容器。
DS1和DS2为MOSFET的体二极管。
Lr和Cr为谐振电感器和谐振电容器。
Lm为变压器的磁电感器。
n为一次和二次线圈的匝数比
二次整流器包括D1和D2。
CO为输出电容器。
RL为负载。
Vin为输入电压，而VO则为输出电压。

图 1 LLC谐振半桥转换器

LLC谐振转换器共有2个谐振频率：一个由Lr和Cr发生，如方程式1所示；另一个由Lr、Lm和Cr发生，如方程式2所示。一般来说，依照规划，正常输入电压时LLC作业在fr频率下，然后完成最佳功率。开关频率大于fr。一次MOSFET的ZVS能够完成，可是二次二极管的ZCS无法完成；它被称作LC串联谐振。当开关频率低于fr但高于fm时，能够一起完成ZVS和ZCS。因为某个时刻内会呈现Lr、Lm和Cr谐振，因而它被称作LLC串联谐振。在参考文献【3】中，大部分负载规模的开关频率均低于fr，因而本运用报告会对频率低于fr的作业状况进行剖析。


图2为fmsr的波形，半周期被划分为四部分。考虑到t2至t3的电压峰值，该周期状况如下图所示。一切方程式表明晰功率参数的联系。

图 2 fmsr的波形

在t2下，高侧MOSFET S1被封闭，但低侧MOSFET仍处于封闭状况，因而t2为死区时刻之初。在此周期，谐振回路电流无法流经MOSFET；它对CS1充电，然后对CS2放电。CS1和CS2参加谐振。CS1和CS2持平，而且都很小，因而该周期十分短。ZVS敏捷到达。在实践体系中，Cr>>CS1，因而在该周期内，VCr简直不变；能够把它看作是一个DC电压源。图3显现了一个简化版电路。

图 3 t23的简化版电路

一切参数如方程式3和4所示，谐振频率等于方程式5。因为Ceq，fr3远远大于fr1和fr2。



其间，

咱们对该周期内谐振回路电流值的改变进行研究，因而要求一个方程式来描绘时域谐振回路电流。该周期的实践开端时刻为t2，完毕时刻为t3。为了简化核算进程，假定周期开端时刻为0，则完毕时刻为ta。时刻为0时，VCeq的电压为，谐振回路电流为ILr，因而。时刻ta时，VCeq的电压为，因而。

依据方程式3，VCeq（t）为：



其间，p1和p2为常量。咱们界说，因而方程式6能够得到简化。



iLr（t）表明为方程式8。



别离代入方程式7和8中，常量系数p1和p2推导得：

放入方程式6。



依据方程式11，可推导出sin（ωrmt a） 和cos（ωrmt a）。

iLr（ta）如方程式12所示。因为推导得到一切参数，因而可得到iLr（ta）的切当值。