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【原創】LLC的原理與設計

記得十年前,LLC還只是停留在大學的實驗室里面。今天,LLC已經作為一種優秀的拓撲被業界所廣泛的接受和使用。不得不感慨技術發展的速度。也正說明了LLC是一種非常優秀的拓撲,才能在如此短的時間里得到大家的認可。雖然今天LLC已經被廣泛的使用,但工作中發現很多工程師對LLC的原理和設計不是很了解。所以開個帖子跟大家一起討論下LLC這個拓撲的原理和設計。

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LV.4
2
2010-08-10 19:36

你一搞就是大家伙,好啊,你開始把原理圖,工作原理都寫出來了,最好是PCB都有,

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bode
LV.9
3
2010-08-10 19:36
沒看內容,先把那沙發搶了~
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2010-08-10 19:37

呀,只搶到地板...

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2010-08-10 20:12

要了解LLC,就要先了解軟開關。對于普通的拓撲而言,在開關管開關時,MOSFET的D-S間的電壓與電流產生交疊,因此產生開關損耗。如圖所示。 

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2010-08-10 20:27
@fly
要了解LLC,就要先了解軟開關。對于普通的拓撲而言,在開關管開關時,MOSFET的D-S間的電壓與電流產生交疊,因此產生開關損耗。如圖所示。[圖片] 
為了減小開關時的交疊,人們提出了零電流開關(ZCS)和零電壓開關(ZVS)兩種軟開關的方法。對于ZCS:使開關管的電流在開通時保持在零,在關斷前使電流降到零。對于ZVS:使開關管的電壓在開通前降到零,在關斷時保持為零。 
3
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2010-08-10 20:41

最早的軟開關技術是采用有損緩沖電路來實現。從能量的角度來看,它是將開關損耗轉移到緩沖電路中消耗掉,從而改善開關管的工作條件。這種方法對變換器的效率沒有提高,甚至會使效率降低。目前所研究的軟開關技術不再采用有損緩沖電路,這種技術真正減小了開關損耗,而不是損耗的轉移,這就是諧振技術。而諧振變換器又分為全諧振變換器,準諧振變換器,零開關PWM變換器和零轉換PWM變換器。全諧振變換器的諧振元件一直諧振工作,而準諧振變換器的諧振元件只參與能量變換的某一個階段,不是全程參與。零開關PWM變換器是在準諧振的基礎上加入一個輔助開關管,來控制諧振元件的諧振過程。零轉換PWM變換器的輔助諧振電路只是在開關管開關時工作一段時間,其它時間則停止工作。

2
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2010-08-10 20:48
@fly
最早的軟開關技術是采用有損緩沖電路來實現。從能量的角度來看,它是將開關損耗轉移到緩沖電路中消耗掉,從而改善開關管的工作條件。這種方法對變換器的效率沒有提高,甚至會使效率降低。目前所研究的軟開關技術不再采用有損緩沖電路,這種技術真正減小了開關損耗,而不是損耗的轉移,這就是諧振技術。而諧振變換器又分為全諧振變換器,準諧振變換器,零開關PWM變換器和零轉換PWM變換器。全諧振變換器的諧振元件一直諧振工作,而準諧振變換器的諧振元件只參與能量變換的某一個階段,不是全程參與。零開關PWM變換器是在準諧振的基礎上加入一個輔助開關管,來控制諧振元件的諧振過程。零轉換PWM變換器的輔助諧振電路只是在開關管開關時工作一段時間,其它時間則停止工作。
站在八樓
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2010-08-10 21:19

全諧振變換器主要由開關網絡和諧振槽路組成,它使得流過開關管的電流變為正弦而不是方波,然后設法使開關管在某一時刻導通,實現零電壓或零電流開關。 

   對于LLC而言,通常讓開關管在電流為負時導通。在導通前,電流從開關管的體內二極管流過,開關管D-S之間電壓被箝位在0V(忽略二極管壓降),此時開通二極管,可以實現零電壓開通;在關斷前,由于D-S間的電容電壓為0v而且不能突變,因此也近似于零電壓關斷。

   

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fly
10
2010-08-10 21:19
@雪山無痕
站在八樓
大師都來了,看來俺要認真寫才行了
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fly
11
2010-08-10 22:11
@fly
全諧振變換器主要由開關網絡和諧振槽路組成,它使得流過開關管的電流變為正弦而不是方波,然后設法使開關管在某一時刻導通,實現零電壓或零電流開關。[圖片]   對于LLC而言,通常讓開關管在電流為負時導通。在導通前,電流從開關管的體內二極管流過,開關管D-S之間電壓被箝位在0V(忽略二極管壓降),此時開通二極管,可以實現零電壓開通;在關斷前,由于D-S間的電容電壓為0v而且不能突變,因此也近似于零電壓關斷。[圖片]   

從上面的分析可以看出,要實現零電壓開關,開關管的電壓必須滯后于電流。因此必須使諧振槽路始終工作在感性狀態。

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2010-08-10 22:37
@fly
從上面的分析可以看出,要實現零電壓開關,開關管的電壓必須滯后于電流。因此必須使諧振槽路始終工作在感性狀態。

來遲一步

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xzszrs
LV.11
13
2010-08-10 22:45
@fly
大師都來了,看來俺要認真寫才行了
門口占個位,旁聽。
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fly
14
2010-08-10 23:21
@fly
從上面的分析可以看出,要實現零電壓開關,開關管的電壓必須滯后于電流。因此必須使諧振槽路始終工作在感性狀態。

對于LLC,其變壓器可以等效為激磁電感與理想變壓器的并聯。當工作在重載的情況下的時候,由漏感,諧振電容和負載構成串聯諧振回路。 

諧振頻率為: 

當LLC工作在空載的時候,由漏感,激磁電感和諧振電容構成串聯諧振回路。 

諧振頻率為: 

從上面我們可以看到在空載時的諧振頻率要低于帶載時的諧振頻率。從其本質上看,LLC電路實際上就是有兩個諧振點的串聯諧振電路。

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2010-08-11 09:16
@fly
對于LLC,其變壓器可以等效為激磁電感與理想變壓器的并聯。當工作在重載的情況下的時候,由漏感,諧振電容和負載構成串聯諧振回路。[圖片] 諧振頻率為:[圖片] 當LLC工作在空載的時候,由漏感,激磁電感和諧振電容構成串聯諧振回路。[圖片] 諧振頻率為:[圖片] 從上面我們可以看到在空載時的諧振頻率要低于帶載時的諧振頻率。從其本質上看,LLC電路實際上就是有兩個諧振點的串聯諧振電路。

我是來聽課的

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2010-08-11 09:20
@fly
對于LLC,其變壓器可以等效為激磁電感與理想變壓器的并聯。當工作在重載的情況下的時候,由漏感,諧振電容和負載構成串聯諧振回路。[圖片] 諧振頻率為:[圖片] 當LLC工作在空載的時候,由漏感,激磁電感和諧振電容構成串聯諧振回路。[圖片] 諧振頻率為:[圖片] 從上面我們可以看到在空載時的諧振頻率要低于帶載時的諧振頻率。從其本質上看,LLC電路實際上就是有兩個諧振點的串聯諧振電路。

仔細聽講中。

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bode
LV.9
17
2010-08-11 09:43
@fly
從上面的分析可以看出,要實現零電壓開關,開關管的電壓必須滯后于電流。因此必須使諧振槽路始終工作在感性狀態。
兄臺的意思,要實現零電流開關,開關管的電壓必須超前于電流,要使諧振槽路始終工作在容性狀態嗎?
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leowang2002
LV.4
18
2010-08-11 09:51
@bode
兄臺的意思,要實現零電流開關,開關管的電壓必須超前于電流,要使諧振槽路始終工作在容性狀態嗎?

來學習!

請問Dead time 怎么處理比較好?OCL參數以及取樣如何處理?負載電流和頻率的關系如何?高結合的變壓器和電感加變壓器的方式那種更好?變壓器的溫度過熱和過負載的溫度保護如何處理?一口氣問了幾個問題,期待答復。

 

 

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fly
19
2010-08-11 10:39
@bode
兄臺的意思,要實現零電流開關,開關管的電壓必須超前于電流,要使諧振槽路始終工作在容性狀態嗎?

對的,同時還要防止電流反向流過體二極管.

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fly
20
2010-08-11 10:40
@sometimes
來遲一步
歡迎師兄指教啊
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fly
21
2010-08-11 10:42
@leowang2002
來學習!請問Deadtime怎么處理比較好?OCL參數以及取樣如何處理?負載電流和頻率的關系如何?高結合的變壓器和電感加變壓器的方式那種更好?變壓器的溫度過熱和過負載的溫度保護如何處理?一口氣問了幾個問題,期待答復。  
呵呵...兄臺的問題很有深度哦.稍后我會在帖子里講到.
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moses2002cn
LV.5
22
2010-08-11 12:37
@fly
對于LLC,其變壓器可以等效為激磁電感與理想變壓器的并聯。當工作在重載的情況下的時候,由漏感,諧振電容和負載構成串聯諧振回路。[圖片] 諧振頻率為:[圖片] 當LLC工作在空載的時候,由漏感,激磁電感和諧振電容構成串聯諧振回路。[圖片] 諧振頻率為:[圖片] 從上面我們可以看到在空載時的諧振頻率要低于帶載時的諧振頻率。從其本質上看,LLC電路實際上就是有兩個諧振點的串聯諧振電路。
更新,更新,還要速度更新啊!
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allen-leon
LV.5
23
2010-08-11 18:08
@peterchen0721
仔細聽講中。
peter很謙虛。
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2010-08-11 19:12
@fly
大師都來了,看來俺要認真寫才行了

學習學習

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840318028
LV.1
25
2010-08-11 20:21
@fly
對的,同時還要防止電流反向流過體二極管.
希望各位前輩能講的盡可能的基本一些。 連帶的也多寫一點解釋。 多給新手一些幫助! 謝謝!  關注!!!
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fly
26
2010-08-11 20:50
@fly
對于LLC,其變壓器可以等效為激磁電感與理想變壓器的并聯。當工作在重載的情況下的時候,由漏感,諧振電容和負載構成串聯諧振回路。[圖片] 諧振頻率為:[圖片] 當LLC工作在空載的時候,由漏感,激磁電感和諧振電容構成串聯諧振回路。[圖片] 諧振頻率為:[圖片] 從上面我們可以看到在空載時的諧振頻率要低于帶載時的諧振頻率。從其本質上看,LLC電路實際上就是有兩個諧振點的串聯諧振電路。

對于諧振電路而言,要使其呈現感性狀態,必須使外加激勵的頻率高于諧振頻率。因此對于LLC,其最小開關頻率不能低于fR2. 從開關頻率與諧振頻率的關系來看,LLC的工作狀態分為fs=fR1, fs>fR1,fR2

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bode
LV.9
27
2010-08-12 09:37
@fly
對的,同時還要防止電流反向流過體二極管.

兄臺繼續啊,我來圍觀你了~

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fly
28
2010-08-12 10:13
@leowang2002
來學習!請問Deadtime怎么處理比較好?OCL參數以及取樣如何處理?負載電流和頻率的關系如何?高結合的變壓器和電感加變壓器的方式那種更好?變壓器的溫度過熱和過負載的溫度保護如何處理?一口氣問了幾個問題,期待答復。  

最近更新比較慢,我還是先回答這位朋友的問題吧。對于死區時間,是llc的一個重要參數。它跟勵磁電流,MOSFET的輸出電容和線路寄生電容有關。要使llc實現軟開關,就要使得在死區時間內,勵磁電流能抽走或者充滿MOSFET的輸出電容和線路上的寄生電容,才能使得LLC的mosfet的D-S兩端電壓能達到0v。但是如果死區時間太大的話,會使得半橋的電壓利用率降低,使得原邊電流增大,不利于提高效率。所以要選擇合適的死區時間。不過由于LLC變壓器的勵磁電感比較小,勵磁電流比較大,死區時間比較小。對于OCL,不知道你指的是什么。負載電流的平均值是由負載決定的,但有效值是隨波形變化的。在開關頻率高于諧振頻率時,由于原邊電流連續,副邊電流相對比較平緩,有效值較低,效率相對會比較高點。

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bode
LV.9
29
2010-08-12 10:17
@fly
最近更新比較慢,我還是先回答這位朋友的問題吧。對于死區時間,是llc的一個重要參數。它跟勵磁電流,MOSFET的輸出電容和線路寄生電容有關。要使llc實現軟開關,就要使得在死區時間內,勵磁電流能抽走或者充滿MOSFET的輸出電容和線路上的寄生電容,才能使得LLC的mosfet的D-S兩端電壓能達到0v。但是如果死區時間太大的話,會使得半橋的電壓利用率降低,使得原邊電流增大,不利于提高效率。所以要選擇合適的死區時間。不過由于LLC變壓器的勵磁電感比較小,勵磁電流比較大,死區時間比較小。對于OCL,不知道你指的是什么。負載電流的平均值是由負載決定的,但有效值是隨波形變化的。在開關頻率高于諧振頻率時,由于原邊電流連續,副邊電流相對比較平緩,有效值較低,效率相對會比較高點。

老兄你最好能畫出時序圖來解釋。

實現軟開關,[勵磁電流能抽走或者充滿MOSFET的輸出電容和線路上的寄生電容]。死去時間內,變壓器傳遞能量嗎?這時候有沒有負載折算過來的電流?在這里不起作用嗎?

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hsym_101584
LV.5
30
2010-08-12 10:20
@fly
對的,同時還要防止電流反向流過體二極管.
來學習了,做個記號
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2010-08-12 11:38
@bode
老兄你最好能畫出時序圖來解釋。實現軟開關,[勵磁電流能抽走或者充滿MOSFET的輸出電容和線路上的寄生電容]。死去時間內,變壓器傳遞能量嗎?這時候有沒有負載折算過來的電流?在這里不起作用嗎?
兄臺能不能讓樓主講完才提問題呢?
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