LLC含有電感、電容和電阻元件的單口網絡,可通過控製開關頻率(頻率調節)來達成輸出電壓恒定的諧振,優點是通過軟開關技藝,可以降低電源的開關損耗,提高功率變換器的效率和功率密度。
LLC有哪些特點?
1. LLC 轉換器可以在寬負載範圍內達成零電壓開關。
2. 能夠在輸入電壓和負載大範圍變化的情況下調節輸出,同時開關頻率變化相對很小。
3. 采用頻率控製,上下管的占空比都為50%.
4. 減小次級同步整流MOSFET的電壓應力,可以采用更低的電壓MOSFET從而減少成本。
5. 無需輸出電感,可以進一步降低系統成本。
6. 采用更低電壓的同步整流MOSFET, 可以進一步提升效率。空氣凈化器系統(MOS管實戰策劃)上

LLC半橋
電路中,可控MOS管Q1和Q2串聯,組成半橋。每個MOS管,都內置有方向並聯二極管、同時在漏極和源極有一個等效電容(其實高頻特性下,MOS管的每個引腳之間都有一個等效電容)。電容Cr和電感Lr、和變壓器T1的原邊電感Lm構成了一個LLC諧振電路。變壓器T1的副邊,經過二極管D1和二極管D2,整流後得到為負載供電。電容Cout主要起濾波作用。空氣凈化器系統(MOS管實戰策劃)下

LLC全橋
全橋LLC與半橋LLC的區別:
變壓器匝數比比半橋增大一倍;反激開關電源變壓器策劃及調試
Lr、Lm是半橋的4倍,Cr是半橋的1/4—保證Q值不變;
需要隔離驅動;
變壓器匝數變多,線徑變小;
MOSFET數量由2個變為4個—在低壓大電流時,半橋LLC也需要用4個;都用4個MOSFET時,二者損耗相當;
全橋LLC整體電流應力小;

LLC應用
最佳應用:輸入高壓400V左右,輸出50V左右
前級接PFC時,電壓較為穩定,多數時間在諧振區附近工作;
MOSFET的Rds適當,驅動難度不大;
電感、變壓器便於策劃;
二極管可用肖特基二極管;
諧振電容適當。元器件與電磁兼容
磁集成:600W以內
磁芯和變壓器骨架難選,但線繞工藝簡單;
漏感和勵磁電感比例不能精確控製,但影響不大。
高端應用
工頻紋波大是一個很突出的問題;
副邊同步整流也是一個難點;
工作頻率高時增益反轉狀況。
車載充電機(OBC)产品采用LLC諧振電路,持有高效率、高功率密度等核心優勢。
迪龍新能源專註於車載充電機、車載DC/DC變換器和車載集成一體機的研制、生产與銷售,是全球知名的車載電源供應商。
本文就LLC的一些關鍵問題做了解答,如LLC為何要工作在感性區域,以及LLC分體諧振電容有什麼優缺點等。
一、LLC為何要工作在感性區域?
任何一個網絡都是呈現感性、容性和純阻性三種狀態,對於LLC網絡而言同樣存在以上三種狀態,根據輸入及負載變化由容性阻性感性而變化。
工作在純阻性區域是我們理想的工作狀態,因為阻性網絡的品質因素最高,網絡特性最好;
工作在容性區域的話電流超前於電壓,對於前級開關管而言容易達成ZCS關斷,這個區域比較適合IGBT;
工作在感性區域的話電壓超前於電流,對於前級開關管而言容易達成ZVS開通,這個區域比較適合MOSFET;
對於中小功率電源而言普遍使用MOSFET,因此常規LLC拓撲開關電源選擇工作於感性區域。
二、ZVS1和ZVS2各有什麼優缺點,如何選擇?
LLC網絡存在兩個電感一個電容,也就是說存在兩個諧振點,一個是Lr和Cr的諧振點,另一個諧振點由Lm,Cr以及負載條件決定。負載加重,諧振頻率將會升高。
在整個感性區域都能達成ZVS,在ZVS1區不能達成次級整流管的ZCS關斷,存在反向恢復問題;在ZVS2區可以達成次級整流管的ZCS關斷,不存在反向恢復問題。
因此對於選擇網絡工作於ZVS1還是ZVS2區域有不同看法。
從理論上來講工作於ZVS2區域效率高於ZVS1區,越接近於諧振點的工作點效率越高,同時兼顧短路性能等問題,建議工作點選擇略大於諧振點(基於LLC短路問題靠增加頻率來提高網絡的等效阻抗來保護這一特性)。
三、LLC初級MOSFET是ZVS關斷還是ZCS關斷?
LLC工作在感性區域,因此開通是ZVS,但關斷既不是ZVS也不是ZCS,是硬開關關斷,損耗不可避免,但對於MOSFET而言,開通損耗相對關斷損耗大很多,對於LLC的ZVS而言是指開通時刻的ZVS,因此可以大大降低開關損耗。
四、為何計算LLC匝比的時候要用母線電壓的一半?
我們計算反激或者正激電路時都是使用母線電壓來策劃匝比,但是LLC為何只使用母線電壓的一半來計算匝比呢?
在LLC上管開通的半個周期內母線給LLC網絡輸入能量,這個能量一部分直接傳遞給輸出,另一部分儲存在網絡內,在下管開通的半個周期內,依靠諧振電容和諧振電感輸出能量。
所以只有上半個周期母線給網絡輸入了能量,即時間的利用率是一半,等效於輸入電壓的利用率為1/2。
五、LLC分體諧振電容有什麼優缺點?
LLC半橋諧振電路中,根據這個諧振電容的不同聯結方式,典型LLC諧振電路有兩種連接方式,不同之處在於LLC諧振腔的連接。
左圖采用單諧振電容Cr,其輸入電流紋波和電流有效值較高,但布線簡單,成本相對較低;
右圖采用分體諧振電容C1、C2,其輸入電流紋波和電流有效值較低,C1和C2上分別只流過一半的有效值電流,且電容量僅為左圖單諧振電容的一半。
比較而言,分體諧振優勢不大。
六、LLC獨立諧振電感和集成諧振電感各有什麼優缺點?
先說說集成諧振電感的方式,這種方式是利用變壓器初級漏感來做諧振電感的,優點是體積小、成本低,缺點是漏感很難控製,和變壓器繞法,初級匝數存在着緊密的聯絡,因此諧振參數不好調節,性能難做到最優。
獨立諧振電感的方式是通過外置一個諧振電感,同時控製主變壓器的漏感在很小的範圍內,這樣做的優點是容易調節諧振電感與勵磁電感低比例,優化起來更靈活,容易調節到一個理想狀態,缺點是增加了一個諧振電感增加體積,布線難度和成本增加。
因此一般功率較小的電源都更願意使用集成諧振電感,成本相對較低,性能要求不是很苛刻;功率大的更願意使用外置諧振電感,性能容易優化。
七、LLC的開關管能否直接並聯?
彌勒電容Cgd對於MOSFET而言是寄生於柵極和漏極之間的電容,對於硬開關電路而言,驅動電流對Cgs和Cgd充電,並且開始開通,而在開通過程中,Vds電壓下降,所以Cgd開始放電,故此時需較大的驅動電流要對Cgd充電,這會導致驅動電壓波形出現一個短暫的平臺,所謂的米勒平臺。
關斷的時候,DS電壓急劇上升,DG電容會流過電流對GS電容充電,引起二次導通。
要消除開通時刻的彌勒效應,在開關管即將開通的時刻DS電壓為零,即ZVS。
LLC電源的優點包括:
低成本、高可靠性:LLC電路因其策劃和製造工藝,能夠在保證性能的同時供應較低的成本和較高的可靠性
EMI性能良好:由於其獨特的結構和策劃,LLC電源具有良好的電磁幹擾(EMI)性能。
功率密度高:在開關電路策劃中,LLC電路通常與PFC電路結合使用,這樣可以減小高壓濾波電容的容量,減少元器件用量,並提高功率密度。
高效率:LLC架構的工作頻率高,損耗小,使得其在高頻和高功率密度策劃中表現出色。
體積小:LLC架構的策劃使其在相同功率下相比其他技藝持有更小的體積。
適用於多種應用:無論是固定電壓輸出的場合還是多路輸出的大功率快充設備,LLC架構都能找到合適的應用場景。
易於集成:由於其模塊化的策劃,LLC電源可以方便地進行集成,簡化系統策劃。
良好的溫度穩定性:LLC電源在實際應用中表現出的溫度穩定性較好,有助於維持穩定的工作效率。
幫助GaN開關元件:隨着碳化矽二極管的普及,LLC架構配合GaN開關元件可以有效降低驅動開銷,進一步提升效率和工作頻率。