LLC天王大功率设计的12个工作状态解析

2024-03-22

四大天王,LLC是天王中天王,用的越来越多,当然反激做辅助电源,也是天王,一大一小构成了边界条件。

LLC天王大功率设计的12个工作状态解析 (https://ic.work/) 电源管理 第1张

今天我们就说说LLC天王大功率的设计中,12个工作状态。

如下是LLC的上下桥臂的中间节点,是矩形波,利用其基波分析,等效为正弦基波,然后谐振腔体为LC震荡电流波形;这样就可以用阻抗表征谐振腔体,将副边阻抗折算原边,进行归一化的频率增益曲线研究,使得工作点工作在一区和二区,通过输出电压检测,负反馈改变桥臂的开关频率,使得输出电压增益稳定,本身谐振腔体等效为一个电流源,所以输出只需要加电容就构成了滤波电路,不需要再额外加电感。

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LLC

谐振LLC技术,ZVS和ZCS使得提高了效率,正玄波形式,可以提高开关频率,使得MOS少,变压器小,可磁集成,所以功率密度提升;另外高Q值的旋波电流,使得EMI好,进一步使得滤波器件减小,三个都是非常友善的收益,越来越多的使用场景。

如下是LLC的12个过程,很多朋友不结合仿真或者自己去看,容易晕,这里是最好的解释12个构成,我们的假设是开关频率小于谐振频率,也就是说开关周期大于谐振周期,从如下图很好看出来VG的时间大于Itr谐振电流的时间。

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LLC 二区 12个过程分析

总的四个部分,红色的为VIN通过Q1导通,通过变压器向副边传递能量,蓝色为CR电容,通过Q2导通经过变压器向副边传递能量。两个互补;

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Q1 Q2互补传递能量

Q1导通的路径

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Q1导通

Q2导通路径

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Q2导通

死区时间,Q1关闭,Q2开通前

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死区1

死区时间,Q2关闭,Q1导通前;

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死区2

以上Q1 ON,Q2 ON,另外两个死区,关闭到导通,Q1关闭Q2导通;Q2关闭,到Q1导通;四个时间,构成了一个循环;每个管子导通时间内分4个状态,死区两个状态,合计4+2+4+2=12个状态;下面一一说明:

用循环的眼光去看 T0前:Q1没导通之前,是励磁电流为负值,此时励磁电流在死区时间内,给COSS2充电,COSS1放电,潜在的变压器寄生电容,这时就是励磁电流要大,否则抽不完,导致不会ZVS导通;

1、T0-T1:Q1 导通,IM 蓝色的电流逆势而动,Q1将VIN能量引入,能量通过变压器D1传递到C0;LM承受正向电压,所以iM是线性减小的;

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T0-T1

2、T1到T2 LM 线性逐渐的降到0,然后正向励磁,谐振电流到达最大,然后下降,继续通过D1给电容C0充电,LM被副边牵位,线性正向增加,红色的正向,蓝色的负向,一个是电压源导致的谐振,一个是励磁电感的去磁,可以理解为电流源减小;两个方向不同,很多新手不好理解,这就是电压源和电流源的特性;

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T1到T2

3、T2到T3时刻,谐振电流下降,继续给Cr充电;励磁电流增加,两个总会有个交际,当两者相等时,就进入下一个状态,这个器件是红色的谐振电流和励磁电流是同方向的用力,两者的节奏是一起的;

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T2到T3

4、T3-T4

这时励磁和谐振相同,此时不再向副边传递能量,此时LM不再被副边牵位,所以谐振为LM+LR和CR谐振了,因为LM比较大,此时可以等效为一个不变的谐振电流Itr,相当于变化较小,相当于原来谐振电流为0,只有励磁电流在流动了,如蓝色,通过Q1在循环电流;

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T3-T4

5、T4-T5

关闭Q1,磁励磁电流给Coss1冲电,给Coss2放电,指导Coss2放到0,到达Q2 ZVS的条件

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T4-T5

6、T5-T6,走Q2体二极管.ZVS开通;实际T4-T6为死区时间,刚开始时IM抽干电容电压,然后走Q2体二极管,创造Q2条件ZVS

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T5-T6

7、T6-T7 开通Q2,这时CR和LR谐振,CR放电倒给LR,此时通过D2传递能量给C0,此时LM被C0潜位,电流逐渐变小,谐振电流位红色的负向,从下到上方向,励磁电流LM是下正上负的电压潜质,电流逐渐变小,但是还是正的,所以电流是从上到下,可以看到这两个电流是不同心的,一个是反向增大,一个还是正向减小

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T6-T7

8、T7-T8

励磁电流减小为0,谐振电流最大,

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T7-T8

9、T8-T9

励磁电流变为反向增加,谐振电流减小,两个方向相同,均为负的;一个增加,一个减小,直到相等,有交集

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T8-T9

10、T9-T10,励磁电流和谐振电流相等后,不再通过D2传递能量,所以接下来事LM,Cr,LR谐振,LM较大,等效为谐振电流基本不变,相当于红色的谐振电流为0,只有蓝色的励磁电流通过Q2在循环;

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T9-T10

11、T10-T11是关闭Q2,这时励磁电流会给 COSS2充电,Coss1放电,直到coss1为0,

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T10-T11

12、T11-T12 是走Q1的体二极管,这时为Q1导通创造了条件,ZVS;

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T11-T12

12个过程,循环往复,构成了LLC的能量来回倒换;有时同相,有时不同相;求同存异,不断往复。

 

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