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【原创】LLC的原理与设计

记得十年前,LLC还只是停留在大学的实验室里面。今天,LLC已经作为一种优秀的拓扑被业界所广泛的接受和使用。不得不感慨技术发展的速度。也正说明了LLC是一种非常优秀的拓扑,才能在如此短的时间里得到大家的认可。虽然今天LLC已经被广泛的使用,但工作中发现很多工程师对LLC的原理和设计不是很了解。所以开个帖子跟大家一起讨论下LLC这个拓扑的原理和设计。

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

你一搞就是大家伙,好啊,你开始把原理图,工作原理都写出来了,最好是PCB都有,

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bode
LV.9
3
2010-08-10 19:36
没看内容,先把那沙发抢了~
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2010-08-10 19:37

呀,只抢到地板...

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2010-08-10 20:12

要了解LLC,就要先了解软开关。对于普通的拓扑而言,在开关管开关时,MOSFET的D-S间的电压与电流产生交叠,因此产生开关损耗。如图所示。 

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2010-08-10 20:27
@fly
要了解LLC,就要先了解软开关。对于普通的拓扑而言,在开关管开关时,MOSFET的D-S间的电压与电流产生交叠,因此产生开关损耗。如图所示。[图片] 
为了减小开关时的交叠,人们提出了零电流开关(ZCS)和零电压开关(ZVS)两种软开关的方法。对于ZCS:使开关管的电流在开通时保持在零,在关断前使电流降到零。对于ZVS:使开关管的电压在开通前降到零,在关断时保持为零。 
2
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2010-08-10 20:41

最早的软开关技术是采用有损缓冲电路来实现。从能量的角度来看,它是将开关损耗转移到缓冲电路中消耗掉,从而改善开关管的工作条件。这种方法对变换器的效率没有提高,甚至会使效率降低。目前所研究的软开关技术不再采用有损缓冲电路,这种技术真正减小了开关损耗,而不是损耗的转移,这就是谐振技术。而谐振变换器又分为全谐振变换器,准谐振变换器,零开关PWM变换器和零转换PWM变换器。全谐振变换器的谐振元件一直谐振工作,而准谐振变换器的谐振元件只参与能量变换的某一个阶段,不是全程参与。零开关PWM变换器是在准谐振的基础上加入一个辅助开关管,来控制谐振元件的谐振过程。零转换PWM变换器的辅助谐振电路只是在开关管开关时工作一段时间,其它时间则停止工作。

2
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2010-08-10 20:48
@fly
最早的软开关技术是采用有损缓冲电路来实现。从能量的角度来看,它是将开关损耗转移到缓冲电路中消耗掉,从而改善开关管的工作条件。这种方法对变换器的效率没有提高,甚至会使效率降低。目前所研究的软开关技术不再采用有损缓冲电路,这种技术真正减小了开关损耗,而不是损耗的转移,这就是谐振技术。而谐振变换器又分为全谐振变换器,准谐振变换器,零开关PWM变换器和零转换PWM变换器。全谐振变换器的谐振元件一直谐振工作,而准谐振变换器的谐振元件只参与能量变换的某一个阶段,不是全程参与。零开关PWM变换器是在准谐振的基础上加入一个辅助开关管,来控制谐振元件的谐振过程。零转换PWM变换器的辅助谐振电路只是在开关管开关时工作一段时间,其它时间则停止工作。
站在八楼
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2010-08-10 21:19

全谐振变换器主要由开关网络和谐振槽路组成,它使得流过开关管的电流变为正弦而不是方波,然后设法使开关管在某一时刻导通,实现零电压或零电流开关。 

   对于LLC而言,通常让开关管在电流为负时导通。在导通前,电流从开关管的体内二极管流过,开关管D-S之间电压被箝位在0V(忽略二极管压降),此时开通二极管,可以实现零电压开通;在关断前,由于D-S间的电容电压为0v而且不能突变,因此也近似于零电压关断。

   

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fly
10
2010-08-10 21:19
@雪山无痕
站在八楼
大师都来了,看来俺要认真写才行了
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fly
11
2010-08-10 22:11
@fly
全谐振变换器主要由开关网络和谐振槽路组成,它使得流过开关管的电流变为正弦而不是方波,然后设法使开关管在某一时刻导通,实现零电压或零电流开关。[图片]   对于LLC而言,通常让开关管在电流为负时导通。在导通前,电流从开关管的体内二极管流过,开关管D-S之间电压被箝位在0V(忽略二极管压降),此时开通二极管,可以实现零电压开通;在关断前,由于D-S间的电容电压为0v而且不能突变,因此也近似于零电压关断。[图片]   

从上面的分析可以看出,要实现零电压开关,开关管的电压必须滞后于电流。因此必须使谐振槽路始终工作在感性状态。

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2010-08-10 22:37
@fly
从上面的分析可以看出,要实现零电压开关,开关管的电压必须滞后于电流。因此必须使谐振槽路始终工作在感性状态。

来迟一步

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xzszrs
LV.11
13
2010-08-10 22:45
@fly
大师都来了,看来俺要认真写才行了
门口占个位,旁听。
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fly
14
2010-08-10 23:21
@fly
从上面的分析可以看出,要实现零电压开关,开关管的电压必须滞后于电流。因此必须使谐振槽路始终工作在感性状态。

对于LLC,其变压器可以等效为激磁电感与理想变压器的并联。当工作在重载的情况下的时候,由漏感,谐振电容和负载构成串联谐振回路。 

谐振频率为: 

当LLC工作在空载的时候,由漏感,激磁电感和谐振电容构成串联谐振回路。 

谐振频率为: 

从上面我们可以看到在空载时的谐振频率要低于带载时的谐振频率。从其本质上看,LLC电路实际上就是有两个谐振点的串联谐振电路。

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2010-08-11 09:16
@fly
对于LLC,其变压器可以等效为激磁电感与理想变压器的并联。当工作在重载的情况下的时候,由漏感,谐振电容和负载构成串联谐振回路。[图片] 谐振频率为:[图片] 当LLC工作在空载的时候,由漏感,激磁电感和谐振电容构成串联谐振回路。[图片] 谐振频率为:[图片] 从上面我们可以看到在空载时的谐振频率要低于带载时的谐振频率。从其本质上看,LLC电路实际上就是有两个谐振点的串联谐振电路。

我是来听课的

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2010-08-11 09:20
@fly
对于LLC,其变压器可以等效为激磁电感与理想变压器的并联。当工作在重载的情况下的时候,由漏感,谐振电容和负载构成串联谐振回路。[图片] 谐振频率为:[图片] 当LLC工作在空载的时候,由漏感,激磁电感和谐振电容构成串联谐振回路。[图片] 谐振频率为:[图片] 从上面我们可以看到在空载时的谐振频率要低于带载时的谐振频率。从其本质上看,LLC电路实际上就是有两个谐振点的串联谐振电路。

仔細聽講中。

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bode
LV.9
17
2010-08-11 09:43
@fly
从上面的分析可以看出,要实现零电压开关,开关管的电压必须滞后于电流。因此必须使谐振槽路始终工作在感性状态。
兄台的意思,要实现零电流开关,开关管的电压必须超前于电流,要使谐振槽路始终工作在容性状态吗?
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leowang2002
LV.4
18
2010-08-11 09:51
@bode
兄台的意思,要实现零电流开关,开关管的电压必须超前于电流,要使谐振槽路始终工作在容性状态吗?

来学习!

请问Dead time 怎么处理比较好?OCL参数以及取样如何处理?负载电流和频率的关系如何?高结合的变压器和电感加变压器的方式那种更好?变压器的温度过热和过负载的温度保护如何处理?一口气问了几个问题,期待答复。

 

 

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fly
19
2010-08-11 10:39
@bode
兄台的意思,要实现零电流开关,开关管的电压必须超前于电流,要使谐振槽路始终工作在容性状态吗?

对的,同时还要防止电流反向流过体二极管.

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fly
20
2010-08-11 10:40
@sometimes
来迟一步
欢迎师兄指教啊
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fly
21
2010-08-11 10:42
@leowang2002
来学习!请问Deadtime怎么处理比较好?OCL参数以及取样如何处理?负载电流和频率的关系如何?高结合的变压器和电感加变压器的方式那种更好?变压器的温度过热和过负载的温度保护如何处理?一口气问了几个问题,期待答复。  
呵呵...兄台的问题很有深度哦.稍后我会在帖子里讲到.
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moses2002cn
LV.5
22
2010-08-11 12:37
@fly
对于LLC,其变压器可以等效为激磁电感与理想变压器的并联。当工作在重载的情况下的时候,由漏感,谐振电容和负载构成串联谐振回路。[图片] 谐振频率为:[图片] 当LLC工作在空载的时候,由漏感,激磁电感和谐振电容构成串联谐振回路。[图片] 谐振频率为:[图片] 从上面我们可以看到在空载时的谐振频率要低于带载时的谐振频率。从其本质上看,LLC电路实际上就是有两个谐振点的串联谐振电路。
更新,更新,还要速度更新啊!
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allen-leon
LV.5
23
2010-08-11 18:08
@peterchen0721
仔細聽講中。
peter很谦虚。
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2010-08-11 19:12
@fly
大师都来了,看来俺要认真写才行了

学习学习

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840318028
LV.1
25
2010-08-11 20:21
@fly
对的,同时还要防止电流反向流过体二极管.
希望各位前辈能讲的尽可能的基本一些。 连带的也多写一点解释。 多给新手一些帮助! 谢谢!  关注!!!
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fly
26
2010-08-11 20:50
@fly
对于LLC,其变压器可以等效为激磁电感与理想变压器的并联。当工作在重载的情况下的时候,由漏感,谐振电容和负载构成串联谐振回路。[图片] 谐振频率为:[图片] 当LLC工作在空载的时候,由漏感,激磁电感和谐振电容构成串联谐振回路。[图片] 谐振频率为:[图片] 从上面我们可以看到在空载时的谐振频率要低于带载时的谐振频率。从其本质上看,LLC电路实际上就是有两个谐振点的串联谐振电路。

对于谐振电路而言,要使其呈现感性状态,必须使外加激励的频率高于谐振频率。因此对于LLC,其最小开关频率不能低于fR2. 从开关频率与谐振频率的关系来看,LLC的工作状态分为fs=fR1, fs>fR1,fR2

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bode
LV.9
27
2010-08-12 09:37
@fly
对的,同时还要防止电流反向流过体二极管.

兄台继续啊,我来围观你了~

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fly
28
2010-08-12 10:13
@leowang2002
来学习!请问Deadtime怎么处理比较好?OCL参数以及取样如何处理?负载电流和频率的关系如何?高结合的变压器和电感加变压器的方式那种更好?变压器的温度过热和过负载的温度保护如何处理?一口气问了几个问题,期待答复。  

最近更新比较慢,我还是先回答这位朋友的问题吧。对于死区时间,是llc的一个重要参数。它跟励磁电流,MOSFET的输出电容和线路寄生电容有关。要使llc实现软开关,就要使得在死区时间内,励磁电流能抽走或者充满MOSFET的输出电容和线路上的寄生电容,才能使得LLC的mosfet的D-S两端电压能达到0v。但是如果死区时间太大的话,会使得半桥的电压利用率降低,使得原边电流增大,不利于提高效率。所以要选择合适的死区时间。不过由于LLC变压器的励磁电感比较小,励磁电流比较大,死区时间比较小。对于OCL,不知道你指的是什么。负载电流的平均值是由负载决定的,但有效值是随波形变化的。在开关频率高于谐振频率时,由于原边电流连续,副边电流相对比较平缓,有效值较低,效率相对会比较高点。

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bode
LV.9
29
2010-08-12 10:17
@fly
最近更新比较慢,我还是先回答这位朋友的问题吧。对于死区时间,是llc的一个重要参数。它跟励磁电流,MOSFET的输出电容和线路寄生电容有关。要使llc实现软开关,就要使得在死区时间内,励磁电流能抽走或者充满MOSFET的输出电容和线路上的寄生电容,才能使得LLC的mosfet的D-S两端电压能达到0v。但是如果死区时间太大的话,会使得半桥的电压利用率降低,使得原边电流增大,不利于提高效率。所以要选择合适的死区时间。不过由于LLC变压器的励磁电感比较小,励磁电流比较大,死区时间比较小。对于OCL,不知道你指的是什么。负载电流的平均值是由负载决定的,但有效值是随波形变化的。在开关频率高于谐振频率时,由于原边电流连续,副边电流相对比较平缓,有效值较低,效率相对会比较高点。

老兄你最好能画出时序图来解释。

实现软开关,[励磁电流能抽走或者充满MOSFET的输出电容和线路上的寄生电容]。死去时间内,变压器传递能量吗?这时候有没有负载折算过来的电流?在这里不起作用吗?

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hsym_101584
LV.5
30
2010-08-12 10:20
@fly
对的,同时还要防止电流反向流过体二极管.
来学习了,做个记号
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2010-08-12 11:38
@bode
老兄你最好能画出时序图来解释。实现软开关,[励磁电流能抽走或者充满MOSFET的输出电容和线路上的寄生电容]。死去时间内,变压器传递能量吗?这时候有没有负载折算过来的电流?在这里不起作用吗?
兄台能不能让楼主讲完才提问题呢?
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