LLC谐振电路工作原理及参数设计

**
np
ns C f
*
+
R Vout
-
ns
DR2
电路中电感与电容串联，形成一个串联谐振腔。这 个谐振腔的阻抗与负载串联，则由于其串联分压作用， 增益总是小于1。谐振腔的阻抗与频率有关，在其谐振频 率fr下阻抗最小，此时的增益也最大。
SRC的直流特性曲线
根据电路的直流特性可知： ① fs>fr时,开关管 Q-->ZVS； ② 轻载时，fs要变化很大才能保证
具备零电压开关能力。
LLC电路拓朴原理
LLC变换器的模态分析
根据LLC谐振变换器的直流 增益特性可以将其分为三个工作 区域。
通常将LLC谐振变换器设计 工作在区域1和2，工作区域3 是 ZCS工作区。对于MOSFET而言， ZVS模式的开关损耗比ZCS模式的 开关损耗要小。
对于谐振电路而言，要使其呈现感性状态，必须使外加激励的 频率高于谐振频率。因此对于LLC，其最小开关频率不能低于 fr2. 从开关频率与谐振频率的关系来看，LLC的工作状态分为 fs=fr1, fs>fr1,fr2<fs<fr1三种工作状态。
1/6
Q1 OFF Q2 ON
fs(=Phfars1e 1/6)
Q1 ON Q2 OFF
Q1 OFF Q2 ON
Q1 Coss1
Vin
Cr Ls
n:1:1 D1 Cout
Coss2 Lm
Q2
Vout
D2
设定初始条件为:谐振回路中电流到零 (在Q2导通时间内) 此时间内Q1 OFF,Q2 ON,D2 ON 变压器向副边传递能量
从这个方案可以看出，可以利用双谐振网络来实现 ZVS，如果将LCC的直流特性左右翻转，那么低频谐振点 就可以利用上。因此，出现了特性较好的谐振变换器LLC 结构。
LLC电路拓朴原理
+ Q1
D1
Vin
A
-
Q2 D2
Cr Lr
D R1
**
Lm n p
ns
*
Cf
ns
DR2
+
R Vout
-
LLC形式
LLC电路拓朴原理
串联谐振电路阻抗
ZU I RjLj1C | Z|| RjLj1C|
并联谐振电路的阻抗计算?
第1章 谐振电路简介 第2章 LLC拓扑原理 第3章 参数设计计算 第4章 L6599芯片介绍 第5章 设计注意事项
谐振电路拓朴原理
谐振变换器之所以得到重视和研究，是因 为在谐振时电流或电压周期性过零，利用这一 点实现软开关，可以降低开关损耗，提高功率 变换器的效率。
输出电压不变; ③ Vin增大时,fs增大使输出电压保
持不变。 此时谐振腔的阻抗也增大，则 谐振腔内有很高的能量在循环，而 并没有把这些能量供给负载，并且 使半导体器件的应力增大。
因此，串联谐振变换器存在一些不利因素：轻载调整率高、 高的谐振能量、高输入电压时较大的关断电流。
PRC（并联谐振电路）
对于LLC电路，存在两个谐振频率：
f r1 2
1 Lr C r
fr2
2
1 （Lr
Lm )Cr
显然，fr1>fr2。由直流特性曲线可知： ① 当fs>fr2时，MOSFET工作在ZVS区域，对于MOSFET而言，ZVS模式下开
关损耗较ZCS模式要小； ② 在轻载时，LLC谐振变换器的开关频率变化很小，即使在空载时它也
+ Q1
Vin
-
Q2
Lr
D R1
**
Cr np
ns C f
*
ns
DR2
+
R Vout
-
PRC的直流特性曲线
根据其直流特性可知： ① fs>fr时，实现软开关； ② 轻载时，fs并不要变化很大来
维持输出电压不变； ③ Vin增大时，fs增大来维持输出
电压不变。 此时谐振腔内循环的能量依然 很大，即使是在轻载的条件下，由 于负载与电容并联，仍然有一个比 较小的串联阻抗。
SPRC（串并联谐振电路）
对于LCC电路，存在两个谐振频率：
fr1 2
1 LrC sr
fr 2 2
1
Lr
(C sr
//
C
）
pr
显然，fr2<fr1。由直流特性曲线可知： ① 当fr2<fs<fr1时，MOSFET工作在ZCS区域，对于
MOSFET而言，ZVS模式下开关损耗较ZCS模式要小； ② 为了满足ZVS，fs>fr1，这样低频谐振点没有利用。
串联谐谐振电一路、谐简振条介件与谐振频率：
振
谐振条件： XXLXC
L 1 0
谐振频率：
C
1 LC
0
或
ห้องสมุดไป่ตู้f0
2
1 LC
谐振产生方法：
1）信号源给定，改变电路参数；
2）电路给定，改变信号源频率。
谐振电路简介
谐振参数：
1、谐振阻抗：谐振时电路的输入阻抗Z0 串联谐振电路： Z0=R
2、特征阻抗：谐振时的感抗或容抗。 串联谐振电路：
与SRC相比，PRC优点：在轻载时，频率变化不大即可保证 输出电压不变。
PRC的缺点：高的谐振能量、高输入电压时关断电流较大 会引起较大的关断损耗。
SPRC（串并联谐振电路）
串并联谐振电路有两种形式。
+ Q1
Vin
-
Q2
Csr
Lr
D R1
*
Cpr n p
*
ns C f
*
+
R Vout
-
ns
DR2
LCC形式
0L10C
L C
3、品质因数：
Q
Z0
0L
R
1 0C
R
L /C R
谐振电路简介
串联谐振特性
1）阻抗最小：Z0=R 2) u-i = 0 3) cos =1 4) 电流达到最大值：
Im=U/R 5) L、C端出现过电压:
UL=UC=QU 6) 相量图
•
U
İ
（电流与电压同相位）
谐振电路简介
LLC谐振电路工作原理及参数设计
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谐振电路简介
谐振现象: 含有RLC 的无源单口网络在正弦激励作用下, 对于某些频率出现端口电压、电流同相位。
谐振条件： X = XL - XC
=0
谐振分类： 1、串联谐振 2、并联谐振
谐振功率变化器有以下三种：SRC（ Series Resonance Circuit）、PRC（Parallel Resonance Circuit）、SPRC（SeriesParallel Resonance Circuit，又称LLC）。
SRC（串联谐振电路）
+ Q1
Vin
-
Q2
Cr
Lr
D R1
因fs=fr1,此阶段结束时刻，谐振电 流与激磁电流刚好相等
变压器副边无电流，二极管D2零电流 关断，实现ZCS Q2也关断
fs(=Phfars1e 2/6)
2/6
Q1 OFF Q2 ON
Q1 ON Q2 OFF