LLC转换器的基本工作

本文的关键要点

・通常,LLC转换器在增益大于1且MOSFET导通执行ZVS工作的区域(2)中运行。

・区域(2)中的LLC转换器的电路工作分为10种模式。

接续上一篇文章“LLC转换器的工作特性”之后,在本文中我们将介绍下面的第3项:“LLC转换器的基本工作”。

LLC转换器的基本工作

在上一篇的图2的区域(2)中,MOSFET导通时是ZVS工作,因此LLC转换器通常在这个区域使用。图3为区域(2)中的工作波形。Q1和Q2的漏极电流波形(ID_Q1、ID_Q2)表明在导通时是ZVS工作。


图3. 区域(2)中LLC转换器的工作波形

如图3的下部分所示,区域(2)中LLC转换器的电路工作分为10种模式。每种模式的工作如下面的图4-1~10所示。

LLCコンバータの基本動作。LLCコンバータの10の動作モード。

Mode(1)

  • Q1为导通(ON)状态,Q2为关断(OFF)状态。
  • 负载电流和励磁电流都流过一次侧。
  • 电流ID1经由D1流过二次侧。此时,Lr和Cr的谐振而流过正弦波状的电流。
  • 当ID1变为0A时,进入下一个工作模式。

LLCコンバータの基本動作。LLCコンバータの10の動作モード。

Mode(2)

  • 继Mode(1)之后,继续保持Q1为导通(ON)状态,Q2为关断(OFF)状态。
  • 当流过D1的电流变为0A时,一次侧的负载电流也变为0A,但励磁电流仍在流动并且该励磁电流会对Cr充电。
  • 随着该充电时间增加,充电电荷量会增多,输出电压会上升。

LLCコンバータの基本動作。LLCコンバータの10の動作モード。

Mode(3)

  • Q1关断(OFF)。
  • 励磁电流流过并开始对Q1的输出电容Coss_Q1充电。
  • 同时,Q2的输出电容Coss_Q2开始放电。

LLCコンバータの基本動作。LLCコンバータの10の動作モード。

Mode(4)

  • Coss_Q1的充电和Coss_Q2的放电完成后,励磁电流流经Q2的体二极管。
  • 由于电流流过体二极管而使VDS_Q2几乎变为0V,这使得MOSFET导通时的开关损耗也几乎变为零。

LLCコンバータの基本動作。LLCコンバータの10の動作モード。

Mode(5)

  • Q2导通(ON)。
  • 由于励磁电流在导通之前已经流过体二极管,所以导通时是ZVS工作。
  • Cr由于被充电而发挥电源的作用,这会使一次侧产生负载电流并经由D2流过二次侧。
  • 励磁电流的流向与负载电流相反,但由于变压器的一次侧被施加负电压,因此励磁电流会逐渐减小,最终其流向变得与负载电流的方向相同。

LLCコンバータの基本動作。LLCコンバータの10の動作モード。

Mode(6)

  • Q1为关断(OFF)状态,Q2为导通(ON)状态。
  • 负载电流和励磁电流都流过一次侧。
  • 电流ID2经由D2流过二次侧。此时,Lr和Cr的谐振而流过正弦波状的电流。
  • 当ID2变为0A时,进入下一个工作模式。

LLCコンバータの基本動作。LLCコンバータの10の動作モード。

Mode(7)

  • 继Mode(6)之后,继续保持Q1关断(OFF)、Q2导通(ON)状态。
  • 当流过D2的电流变为0A时,一次侧的负载电流也变为0A。此时,励磁电流流过一次侧并对Cr充电。
  • 随着该充电时间增加,充电电荷量会增多,输出电压会上升。

LLCコンバータの基本動作。LLCコンバータの10の動作モード。

Mode(8)

  • Q2关断(OFF)。
  • 励磁电流流过并开始对Q2的输出电容Coss_Q2充电,同时,Q1的输出电容Coss_Q1开始放电。

LLCコンバータの基本動作。LLCコンバータの10の動作モード。

Mode(9)

  • Coss_Q2的充电和Coss_Q1的放电完成后,励磁电流流经Q1的体二极管。
  • 由于电流流过体二极管而使VDS_Q1几乎变为0V,这使得MOSFET导通时的开关损耗也几乎变为零。

LLCコンバータの基本動作。LLCコンバータの10の動作モード。

Mode(10)

  • Q1导通(ON)。
  • 与Mode(5)一样,由于励磁电流在导通之前已经流过体二极管,所以导通时是ZVS工作。
  • Cr由于被充电而发挥电源的作用,这会使一次侧产生负载电流并经由D1流过二次侧。
  • 励磁电流的流向与负载电流相反,但由于变压器的一次侧被施加负电压,因此励磁电流会逐渐减小,最终其流向变得与负载电流的方向相同。

图4-1~10:LLC转换器的10种工作模式

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