半橋諧振DC-DC變換器諧振頻率運(yùn)行模式簡析

半橋LLC諧振型的DC-DC變換器作為一種比較常見的電子器件，在平時(shí)的工作運(yùn)行中主要采用的是變頻控制的方式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，因此其能量傳輸是通過改變開關(guān)頻率fs來調(diào)節(jié)的。在通常情況下，據(jù)開關(guān)管的工作頻率fs和諧振頻率fr、fm的關(guān)系，半橋LLC諧振變換器具有fs>fr、fm

fs=fr工作過程簡要分析

當(dāng)半橋LLC諧振型的變換器處于fs=fr運(yùn)行模式中時(shí)，此時(shí)若不考慮死區(qū)時(shí)間，則當(dāng)開關(guān)頻率石等于石的時(shí)候諧振電流波形近似為完整的正弦波，其工作主要波形圖如圖1所示。從圖1中可以看到，此時(shí)的工作狀態(tài)被為完全諧振，此時(shí)的電路具有最佳的工作狀態(tài)，效率也是最高的，一般在典型的額定輸入電壓下把電路設(shè)計(jì)成這個(gè)狀態(tài)。如圖2所示fs=fr的開關(guān)控制時(shí)序表，以及圖3顯示各個(gè)階段的主要工作波形和等效電路圖。

圖1 fs=fr時(shí)工作的主要波形圖

圖2 fs=fr時(shí)開關(guān)控制圖

工作階段1：t0-t1

在這一工作階段中，半橋LLC諧振轉(zhuǎn)換器處于t0-t1時(shí)間內(nèi)，從上圖中我們可以看到此時(shí)Q1導(dǎo)通而Q2關(guān)斷，因此在這個(gè)階段內(nèi)諧振電流ir大于激磁電流im。根據(jù)變壓器的極性判斷，副邊整流二極管Dl導(dǎo)通，D2關(guān)斷。此時(shí)變壓器的激磁電感Lm兩端電壓被副邊箝位在nVo，所以此時(shí)的Lm不參與諧振，激磁電感im電流呈線形增加，諧振電流ir則按正弦形式增加，在這個(gè)階段內(nèi)諧振電流ir大于激磁電流im，它們兩者之差產(chǎn)生的剩余能量將由副邊整流后傳輸至負(fù)載端。

工作階段2：t1-t2

在這一工作階段中，半橋LLC諧振轉(zhuǎn)換器處于t1-t2時(shí)刻，此時(shí)激磁電流增加到與諧振電流相等，Ql關(guān)斷。因?yàn)橹C振電流與激磁電流相等，所以沒有能量傳輸?shù)呢?fù)載端。由于Q1、Q2的結(jié)電容，激磁電流給電容充放電以實(shí)現(xiàn)Q2的零電壓導(dǎo)通(ZVS)。在t1-t2內(nèi)，Q1、Q2都關(guān)斷，即是所謂的死區(qū)時(shí)間，它通常是允許有充足的時(shí)間來實(shí)現(xiàn)ZVS，同樣也防止上下管Q1、Q2的直通。

圖3 fs=fr時(shí)各階段的等效電路圖

工作階段3：t2-t3

這這一工作階段中，半橋LLC諧振轉(zhuǎn)換器處于t2-t3階段內(nèi)。在f2時(shí)刻，Q2實(shí)現(xiàn)了零電壓開通，這一階段與階段1不同的是副邊整流二極管D2導(dǎo)通D1關(guān)斷，諧振電流小于激磁電流，它們兩者之差產(chǎn)生的剩余能量將由副邊整流后傳輸至負(fù)載端。t3時(shí)刻以后，Q2關(guān)斷，電路進(jìn)入下半個(gè)周期，其工作狀態(tài)與以上三個(gè)階段完全對稱，其工作狀態(tài)在這里不再重述。

以上就是本文針對半橋LLC諧振DC-DC變換器處于fs=fr運(yùn)行模式下的工作狀態(tài)所進(jìn)行的簡要分析，希望能夠幫助工程師更全面的了解其工作狀態(tài)和運(yùn)行特性。