LLC转换器的工作特点

本文的关键要点

・虽然LLC转换器的优点是开关损耗低,但受失谐的影响,开关损耗可能会增加,并且可能会导致MOSFET损坏。

・LLC转换器使用PFM方式来控制输出电压。由于LLC的增益频率特性具有两个谐振频率,因此根据fsw被分为三个工作区域。

在本文中,我们将会介绍下面第二项:“LLC转换器的工作特点”。

LLC转换器的基本结构
■LLC转换器的工作特点
LLC转换器的基本工作
MOSFET的反向恢复特性对于LLC转换器失谐的重要性

LLC转换器的工作特点

在下面的表格中,汇总了当着眼于上一篇文章中给出的基本电路的一次侧MOSFET时,LLC转换器的优缺点。LLC转换器通过部分谐振方式实现ZVS工作,部分谐振方式是使用激励电流对MOSFET的输出电容Coss进行充电和放电。这样可以减少开关损耗,从而可以减小MOSFET封装和散热器的尺寸。

优点 缺点
  • 电路采用桥式结构,因此MOSFET的漏-源电压VDS受电源电压限制。
  • 导通时基本上是ZVS工作,因此可以降低开关损耗。
  • 可以减少开关损耗,因此可以减小封装和散热器的尺寸。
  • 受失谐影响,MOSFET中会流过直通电流,开关损耗会增加。在最坏的情况下,MOSFET可能会损坏。

LLC转换器使用可以改变MOSFET开关频率fsw的脉冲频率调制(PFM)方式来控制输出电压。这种电路方式具有两个谐振频率(用Lr、Lm和Cr符号通过公式(1)和(2)表示),并且电路工作会根据开关频率的设置而变化。

f_0=1/(2π√(L_r C_r )) ・・・・・・・・(1)f_m=1/(2π√((L_r+L_m ) C_r )) ・・・・・・・・(2)

图2是增益—频率特性图。根据开关频率和直流增益,该图被分为三个工作区域。

LLCコンバータの動作の特徴。LLCコンバータのゲイン-周波数特性のグラフ。
图2. LLC转换器的增益—频率特性图

下表中分别介绍了每个区域。

区域(1) 感性负载区。通过使用了励磁电流的部分谐振方式来实现ZVS工作。
区域(2) ZVS工作同区域(1)。由于在该区域中G>1,因此会进行升压工作。通常LLC转换器会使用该区域。
区域(3) 容性负载区。不是ZVS工作,而是ZCS工作。由于MOSFET关断时电流沿负向流动,因此电流会流过MOSFET的体二极管,而体二极管的反向恢复特性导致的直通电流会流入相对桥臂,从而造成导通损耗增加。

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