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LLC谐振模式下的轻载DCM波形分析 次谐振下的重载DCM波形分析

拓扑:半桥 + 不控整流

对于BUCK来说,轻载指的是输出电流减小,Udc升高,通过反馈减小占空比使整流侧处于DCM模式,即靠PWM的占空比调整实现的,可用二阶充放电回路原理分析具体的电流形式。

对于LLC来说,占空比恒定,属于变频调制,谐振下的轻载  、  次谐振下的重载 都会出现DCM模式,但这两种DCM模式有着本质的不同

前提:基波分析法

  % 基波分析法指的是电流的基波,没有基波电流,则不存在基波分析法,基波的周期决定于具体的L-C值。

  % 对于单独的L-L-C串联谐振电路来说,器件上的电流、电压都是基波形式。但是,对于LLC变换器来说。即使在谐振下,也并非每个器件上都有基波形式的电压,如,Lm被钳位时,并联形式的Lm和励磁线圈,对外表现为”基波电流、恒定电压“。基波电流直接决定于输入阻抗的频率特性,这就是LLC基波分析法的要点。

   

众多资料(如TI的LLC  converter small signal modeling)的波形分析中可得两点:

1---任何开关周期下,谐振的充要条件<===>Lm被钳位,Lr  Cr参与谐振,谐振的基波电流与参与谐振的Lr Cr大小有关,基波分析法成立

2---Lm不被钳位,即参与谐振,重点在这里,此时,并不是众多资料上说的那样,Lm 参与谐振与  Lr的电流相等,如果真是这的的话,那下面彩色图中”3“阶段的电流应该是正弦的。。。而是C -Lr-Lm-Cr(上开下关)构成的充放电回路。只是这个过程比较短暂,可进行线性化,C指Q1的结电容

----补充一下:忽略等效R时,对于L-C形式的充放电回路,只能用基波分析法,基波周期决定于L-C元件 ,如是考虑电路中的R,则表现为二阶电路。

因此,Lm不被钳位时,例如下图阶段3中,可知,L-L-C的总体电压在上升,而MOFET的结电容C的电压却在减小,即,所谓的L-L-C均谐振,实际指的是Q1的结电容给C---Lr----Lm---Cr--构成充放电回路 。如果要分析此时段的谐波电流,可忽略Q1的结电容,分析Vin--Lr---Lm---Cr回路即可。基波频率决定于Lr---Lm---Cr的值。应该有文献分析过,图中并没说明。

总结:

LLC只有一种工作模式,即充放电模式,充放电的谐振频率,即基波电流的频率决定于参与充放电的L-C的大小,

只不过开关周期T、充放电的电流基波周期t,死区时间,使得模式变得复杂。或者说,

通过控制开关周期、死区时间 (即控制在一个开关周期T内,二次侧充放电的基波电流能否完成一个周期的换流)把Lm切入L-C充放电回路的本质是当电流进入换流模式时,电压方程是不同时满足。

通过轻载把Lm切入L-C充放电回路的本质是,可强迫原充放电回路中的基波电流发生阻断,

以上两种控制形式就像开关一样,可切换Lm是否参与L-C的充放电回路。

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基于以上两点可得

1)

fs

注:t3时段 Lm上的电压其实比前面时间要小,因为Q1的C- Lr  Lm Cr 的充放电回路中,基波周期比Lr  Cr大,电流上升速度必定减缓

这一点并非是大多数资料中,DCM时,Lm上的电流仍按原速率线性上升,显然DCM时,充放电回路也可用基波分析法,只是时间太小了近似于线性充放电。否则电路分析太杂。而是一般的KVL KCL

总结:

 a:   fs原边不再被Udc钳位------------变压器回路断开---------整流管电流消失------进入DCM模式,此时输出电流受限、输出电压基本恒定,

结论:这种DCM模式是由原边引起的,称主动DCM模式

(图片:TI LLC  converter small signal modeling)

2)

fs=fr时的DCM:

fs=fr时,也会出现DCM模式,如下图b(华科论文)

应该怎么分析这种轻载模式?

直观上,可从基波电流角度分析,输出端的基波电流减小,以至于基波励磁电流减小或消失,此时进行DCM模式

总结:轻载-----整流侧基波电流回路被切断-----强迫阻断原边基波电流,使LM加入原谐振回路,构成新的充放电模式------------新的基波周期=f(fr fm cr)

结论:

t3-t4:是由负载引起的DCM模式,称为被动式DCM模式

t4-t5:是由原边开关模式切换成了充放电模式,其DCM原理与fs

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要说明的是,对于LLC变换器的DCM模式 CCM模式,主要指基波电流的连续和断续,Lm被钳位是,基波=f(LR CR),Lm不被钳位时,基波=f(Lr  Cr Lm) 是不是两种基波电流情况下 Lm都能被钳位?如果只考虑二次 侧的整流电路,当然可以对任何正弦电流进行全波整流,但对于LLC,当然不是这样,因为Lm参与L-C充放电回路后,Cr电压变大,导致二次侧VD反偏,最终原边电压<原来的n*Udc,可勇者TI的LLC小信号建模

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gxg1122
LV.10
2
2017-10-23 17:24
学习了 。
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2017-10-23 19:10
@gxg1122
学习了。
学习
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2017-10-24 16:42

学习下,谢谢分享

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