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【我是工程师第四季】双失谐LLC电路(内含LLC图解设计法)

  • 2017-12-14 12:39
  • boy59

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  •   在信号处理中使用的双失谐鉴频器与LLC电路有许多相似之处,比如都有两个谐振频率、两个谐振协同工作、增益与频率成单调关系,那么是否可以借鉴双失谐鉴频器的原理来设计一款双失谐LLC电路。


    LLC图解设计法.rar

    此法是参考CMG版的资料公式,通过先预设一个目标范围再利用图解法经参数调节使增益曲线进入目标范围内,以达到快速、便捷、直观的求解方程组的目的。

    同是电子工程师,请一定不要吝啬你的赞!

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  • Davidok

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    2017-12-14 13:10

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  • boy59

    LV.1

    2017-12-14 15:49

    @

    LLC电路去掉变压器后可做如下等效:

    LLC等效图

                                    1 LLC及其等效电路

    LLC电路的谐振腔中包含了励磁电感Lm,漏感Lr,谐振电容C加起来就是LLC,如果把励磁电感Lm设计的无穷大则电路等效为RLC串联谐振电路,谐振频率由漏感和谐振电容决定,见下图

    串行谐振

                                          2 -1等效串行谐振电路及增益曲线

    如果把漏感Lr短路则等效为一种串并联电路,如下

    并行谐振

                                             2-2 串并联电路及其增益曲线

    LLC电路就是上述两个电路的合成,合成后的增益曲线如下

    增益曲线对比

                                                  3 LLC电路增益曲线对比

    LLC电路的缺陷,双失谐LLC可能会有的优势接下来尝试着分析一下。

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  • boy59

    LV.1

    2017-12-15 09:50

    @

    从鉴频器的角度分析了一下LLC电路的设计,发现采用图解法来设计LLC电路非常的便捷。

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  • boy59

    LV.1

    2017-12-15 10:08

    @boy59

    从鉴频器的角度分析了一下LLC电路的设计,发现采用图解法来设计LLC电路非常的便捷。

      图形法的思路是先根据输入电压的变化范围绘制出最高和最低增益GmaxGmin,再绘制出最小及最大开关频率fminfmax,这样LLC电路的工作区域就确定了。接着把增益曲线加上,只需要两条曲线一条是空载一条是满载,如果这两条增益曲线满足要求那么其它的也一定满足要求,详见下图。

    图形法之LLC


                                                      4-1  图形法设计LLC电路

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  • boy59

    LV.1

    2017-12-15 10:24

    @boy59

      图形法的思路是先根据输入电压的变化范围绘制出最高和最低增益GmaxGmin,再绘制出最小及最大开关频率fminfmax,这样LLC电路的工作区域就确定了。接着把增益曲线加上,只需要两条曲线一条是空载一条是满载,如果这两条增益曲线满足要求那么其它的也一定满足要求,详见下图。

    图形法之LLC


                                                      4-1  图形法设计LLC电路

    上面的图4-1是一种临界状态设计的恰到好处,如果设计余量比较大则如下图

    图形之余量过量

                                                               4-2设计余量较大

    4-2的曲线说明电感参数偏小而电容参数偏大,会导致谐振腔中的电流偏大影响效率,这个后面准备做过仿真看看。

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  • boy59

    LV.1

    2017-12-15 10:40

    @boy59

    上面的图4-1是一种临界状态设计的恰到好处,如果设计余量比较大则如下图

    图形之余量过量

                                                               4-2设计余量较大

    4-2的曲线说明电感参数偏小而电容参数偏大,会导致谐振腔中的电流偏大影响效率,这个后面准备做过仿真看看。

    设计不足的曲线如下

    图形法之设计不足

                                                     4-3 设计不足

    4-3这种情况在高压和低压段附近LLC电路都达不到设计要求。

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  • boy59

    LV.1

    2017-12-15 10:49

    @boy59

    设计不足的曲线如下

    图形法之设计不足

                                                     4-3 设计不足

    4-3这种情况在高压和低压段附近LLC电路都达不到设计要求。

    参数的调节方法是:

    减小谐振电容曲线右移,减小K值(Lm/Lr)曲线斜率增大,保持K值不变同比例减小电感LrLm曲线上移。

    用这种方法设计LLC参数非常的便捷,并且对于电路中的整个工作状况都能一清二楚、做到心中有数。

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  • boy59

    LV.1

    2017-12-17 12:17

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    无标题

    Mathcad文件已上传,如有错误烦请指正,如需改进自行解决。

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  • boy59

    LV.1

    2017-12-19 18:24

    @

    LLC电流波形

                                         5-1 LLC输入、输出电流关系

      上图是fs情况下,对漏感和励磁电感电流做减法运算得到的电流差面积与输出二极管的电流面积一致,这说明LLC电路的励磁电流没有传递到次级,在fs=frfs>fr的情况下结果也相同,那么当fsLLC电路升压功能是如何实现的?

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  • boy59

    LV.1

    2017-12-19 19:13

    @boy59

    LLC电流波形

                                         5-1 LLC输入、输出电流关系

      上图是fs情况下,对漏感和励磁电感电流做减法运算得到的电流差面积与输出二极管的电流面积一致,这说明LLC电路的励磁电流没有传递到次级,在fs=frfs>fr的情况下结果也相同,那么当fsLLC电路升压功能是如何实现的?

    在下面的图中在半个周期内有部分时间输出几乎无电流,将这部分时间称作Toff剩下的时间为Ton

    LLConoff

                                     5-2-1 1/2周期内划分TonToff

    上图的电流波形放到电路中分析如下:

    升压原理

                                      5-3-1 升压电路原理

    Ton时间内漏感电流一部分传递到负载一部分流过励磁电感,此时的励磁电感作为负载存在处于蓄能状态。当LC的谐振电流小于励磁电感电流后,励磁电感极性翻转将作为电源同Vin共同对谐振电容充电(类似Boost升压电路)此时为Toff升压段。当开关切换后Vin反向,电路进入下一个循环周期,由于谐振电容电压的升高导致负载电压也跟着升高。

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