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解惑答疑:半桥LLC电路中的波形从何而来?

【导读】在半桥LLC当中,存在着各种各样的波形,那么这些波形是如何产生的呢?这些波形又为何存在?本篇文章对半桥LLC电路中的波形产生过程进行了较为详细的讲解,属于一篇有针对性并且较为基础的文章,希望本篇文章能对各位新手有所帮助。半桥由两个功率开关器件组成,以中间点为输出,向外提供方波信号。LLC电路是一种包含了电容、电阻电感等元件的电路网络。在半桥LLC当中,存在着各种各样的波形,那么这些波形是如何产生的呢?这些波形又为何存在?半桥LLC电路中的波形从何而来?如果想要对半桥LLC所产生波形进行分析,首先就需要从基本的谐振电路开始入手。图1是半桥LLC电路中经常被来用作参考的波形图,虽然给出了波形,但是却没有给出产生的原因。LLC的之所以可以做到软开关,特别是FSW>FR1、FR1=FSW、FR1>FSW>FR2这三个区,是针对MOS管来说的,不是ZCS,而是ZVS,因为MOS在开关过程中,开通损耗占很大比例,相反IGBT关断时由于尾拖电流造成的损耗就要比开通过程的损耗大,所以IGBT如果满足ZCS损耗就要小得多。123下一页>
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之所以LLC谐振腔要呈感性,是因为需要电压超前电流(可以将上管开通时,想象成正弦电压刚好从0°开始加在谐振腔里),一旦呈感性,则谐振腔的电流在上管开通前的流通方向是负的,正是因为这个负电流,才能给上管放电、下管充电,使得上管MOS两端的电压为0,开通前为0了,那么开通时便实现了ZVS。如果呈容性,同理可知上管开通前,谐振腔电流方向为正,下管靠体二极管来续流,上管截止,当开通的时候,下管体二极管由于反向恢复时间的存在,有可能会使母线电压短路,从而炸管。但是可以利用此特性,在上管关断前,谐振腔电流为负,实现ZCS,使得IGBT也可以适用LLC此类拓扑。当谐振腔电流与励磁电流相等后,没有电流流入“理想”变压器初级绕组内,所以初级绕组并未被钳位到NVO,此时励磁电感就呈现出电感的性质,所以此时谐振频率将改变成“L+L+C”,所以电流波形是一个斜坡(其实是一段曲线,因为是正弦波的一小段,所以次边电压为一条斜线,二阶的导数是一阶,就是一条线性的斜线)。当fsw>fr1时,此时励磁电感并不参与谐振,图1中电流波形之所以会突然被拉下来,是因为上管关断后,励磁电流与谐振电流仍不相等,所以励磁电感两端电压会被钳位在nVo,而此时谐振电容上有电压,所以电流会呈现(Vc-nVo)/Lr的斜率下降,谐振电流被“拉”到与励磁电流相等。半桥LLC电路中的波形从何而来?LLC的核心思想是通过f(频率)实现稳压原理。详细原理如图2所示。<上一页123下一页>
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那么LLC是如何实现软开关的呢??这里提到一点,即开关频率一定要大于最小谐振频率(即由Cr和Ls、Lp的谐振频率); 为什么呢?因为,这里必须保证这个谐振网络为感性负载(电感的阻抗大于电容的阻抗)。为什么要这样呢? 看下面的图:
半桥LLC电路中的波形从何而来?

接下来解析一下图3,设左边最端点处的为零点(图中为标出),则由FHA可知,在半桥中点的电压可以等效为 Vs=(2Vin/pi*sinw1t) ; 由于负载成感性,那么电流必将滞后电压,,即Ip=A*sin(w1t-a), A表示一个常数,a为滞后的相位。 这样,在零电压即VS=0的时候,流过MOS管的电流为负值即通过体二极管。这个时候,驱动MOS管,则能实现开关零损耗;至于关断呢?从图3中可知,上管关断时,MOS管有正向电流通过,然后由于MOS管两端并接了缓冲电容,故使得电压缓慢降低,从而实现了软开关的作用。电容存储的能量,在下一周期会返回到DC电源中去。<上一页123
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