LLC谐振电路工作原理及参数设计ppt课件

LLC谐振电路工作原理及参数设计Preparedby：xxMobile：xxxxxxxxxxxxEmail：Date：Address：LLC谐谐振振电电路工作原理及参数路工作原理及参数设计设计Prepared by：PoweringtheFuture第第第第1 1章章章章 谐振电路谐振电路谐振电路谐振电路简介简介简介简介第第2章章 LLC拓扑原理拓扑原理第第3章章 参数设计计算参数设计计算第第4章章 L6599L6599芯片介绍芯片介绍第第5章章 设计注意事项设计注意事项第第1章章 谐谐振振电电路路简简介介PoweringtheFuture谐振电路简介 谐振现象谐振现象:含有含有RLC RLC 的无源单口网络在正弦激励作用下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。对于某些频率出现端口电压、电流同相位。X=XX=XL L-X-XC C =0=0谐振分类：谐振分类：1 1、串联谐振、串联谐振2 2、并联谐振、并联谐振谐振条件：谐振条件：谐谐振振电电路路简简介介 谐谐振振现现象象:含有含有RLC 的的PoweringtheFuture谐振电路简介串联谐振一、谐振条件与谐振频率一、谐振条件与谐振频率：谐振条件：谐振条件：谐振频率：谐振频率：或或谐振产生方法：谐振产生方法：1 1）信号源给定，改变电路参数；）信号源给定，改变电路参数；2 2）电路给定，改变信号源频率。）电路给定，改变信号源频率。谐谐振振电电路路简简介串介串联谐联谐振一、振一、谐谐振条件与振条件与谐谐振振频频率：率：谐谐振条件：振条件：谐谐振振频频PoweringtheFuture谐振电路简介谐振参数：谐振参数：1 1、谐振阻抗：、谐振阻抗：谐振时电路的输入阻抗谐振时电路的输入阻抗Z Z0 0 串联谐振电路：串联谐振电路：Z Z0 0=R=R3 3、品质因数、品质因数：2 2、特征阻抗：、特征阻抗：谐振时的感抗或容抗谐振时的感抗或容抗。串联谐振电路：串联谐振电路：谐谐振振电电路路简简介介谐谐振参数：振参数：1、谐谐振阻抗：振阻抗：谐谐振振时电时电路的路的输输入阻抗入阻抗Z0PoweringtheFuture谐振电路简介串联谐振特性串联谐振特性1 1）阻抗最小：阻抗最小：Z Z0 0=R=R2)2)u u-i i=0=03)3)cos cos =1=14)4)电流达到最大值：电流达到最大值：I Im m=U/R=U/R5)5)L L、C C端出现过电压端出现过电压:U UL L=U=UC C=QU=QU6)6)相量图相量图（电流与电压同相位）（电流与电压同相位）İ谐谐振振电电路路简简介介 串串联谐联谐振特性振特性1）阻抗最小：）阻抗最小：Z0=R（电电流流PoweringtheFuture谐振电路简介 串联谐振电路阻抗串联谐振电路阻抗并联谐振电路的阻抗计算并联谐振电路的阻抗计算?谐谐振振电电路路简简介介 串串联谐联谐振振电电路阻抗并路阻抗并联谐联谐振振电电路的阻路的阻PoweringtheFuture第第第第1 1章章章章 谐振电路谐振电路谐振电路谐振电路简介简介简介简介第第2章章 LLC拓扑原理拓扑原理第第3章章 参数设计计算参数设计计算第第4章章 L6599L6599芯片介绍芯片介绍第第5章章 设计注意事项设计注意事项第第1章章 谐谐振振电电路路简简介介PoweringtheFuture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。谐振功率变化器有以下三种：SRC（Series Resonance Circuit）、PRC（Parallel Resonance Circuit）、SPRC（Series-Parallel Resonance Circuit，又称LLC）。谐谐振振电电路拓朴原理路拓朴原理 谐谐振振变换变换器之所以器之所以PoweringtheFutureSRC（串联谐振电路）（串联谐振电路）电路中电感与电容串联，形成一个串联谐振腔。这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，个谐振腔的阻抗与负载串联，则由于其串联分压作用，增益总是小于增益总是小于1 1。谐振腔的阻抗与频率有关，在其谐振频。谐振腔的阻抗与频率有关，在其谐振频率率frfr下阻抗最小，此时的增益也最大。下阻抗最小，此时的增益也最大。SRC（串（串联谐联谐振振电电路）路）电电路中路中电电感与感与电电容串容串联联，PoweringtheFutureSRC的直流特性曲线的直流特性曲线 根据电路的直流特性可知：根据电路的直流特性可知：fsfr fsfr时时,开关管开关管 Q-ZVS Q-ZVS；轻载时，轻载时，fsfs要变化很大才能保证要变化很大才能保证输出电压不变输出电压不变;Vin Vin增大时增大时,fs,fs增大使输出电压保增大使输出电压保持不变。持不变。此时谐振腔的阻抗也增大，则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。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、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。高的谐振能量、高输入电压时较大的关断电流。SRC的直流特性曲的直流特性曲线线 根据根据电电路的直流特性可知：路的直流特性可知：PoweringtheFuturePRC（并联谐振电路）（并联谐振电路）PRC（并（并联谐联谐振振电电路）路）PoweringtheFuturePRC的直流特性曲线的直流特性曲线 根据其直流特性可知：根据其直流特性可知：fsfr fsfr时，实现软开关；时，实现软开关；轻载时，轻载时，fsfs并不要变化很大来并不要变化很大来 维持输出电压不变；维持输出电压不变；Vin Vin增大时，增大时，fsfs增大来维持输出增大来维持输出电压不变。电压不变。此时谐振腔内循环的能量依然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，仍然有一个比于负载与电容并联，仍然有一个比较小的串联阻抗。较小的串联阻抗。与与SRCSRC相比，相比，PRCPRC优点：在轻载时，频率变化不大即可保证优点：在轻载时，频率变化不大即可保证输出电压不变。输出电压不变。PRC PRC的缺点：高的谐振能量、高输入电压时关断电流较大的缺点：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。会引起较大的关断损耗。PRC的直流特性曲的直流特性曲线线 根据其直流特性可知：根据其直流特性可知：PoweringtheFutureSPRC（串并联谐振电路）（串并联谐振电路）串并联谐振电路有两种形式。串并联谐振电路有两种形式。LCCLCC形式形式SPRC（串并（串并联谐联谐振振电电路）路）串并串并联谐联谐振振电电路有两种形式。路有两种形式。PoweringtheFutureSPRC（串并联谐振电路）（串并联谐振电路）对于LCC电路，存在两个谐振频率：显然，fr2fr1。由直流特性曲线可知：当fr2fsfr1，这样低频谐振点没有利用。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。SPRC（串并（串并联谐联谐振振电电路）路）对对于于LCC电电路，存在两个路，存在两个谐谐PoweringtheFutureLLC电路拓朴原理 LLCLLC形式形式LLC电电路拓朴原理路拓朴原理 LLC形式形式PoweringtheFutureLLC电路拓朴原理 对于对于LLCLLC电路，存在两个谐振频率：电路，存在两个谐振频率：显然，显然，fr1fr2fr1fr2。由直流特性曲线可知：。由直流特性曲线可知：当当fsfr2fsfr2时，时，MOSFETMOSFET工作在工作在ZVSZVS区域，对于区域，对于MOSFETMOSFET而言，而言，ZVSZVS模式下开模式下开关损耗较关损耗较ZCSZCS模式要小；模式要小；在轻载时，在轻载时，LLCLLC谐振变换器的开关频率变化很小，即使在空载时它也谐振变换器的开关频率变化很小，即使在空载时它也具备零电压开关能力。具备零电压开关能力。LLC电电路拓朴原理路拓朴原理 对对于于LLC电电路，存在两个路，存在两个谐谐振振频频率：率：PoweringtheFutureLLC电路拓朴原理 LLC变换器的模态分析 根据根据LLCLLC谐振变换器的直流谐振变换器的直流增益特性可以将其分为三个工作增益特性可以将其分为三个工作区域。区域。通常将通常将LLCLLC谐振变换器设计谐振变换器设计工作在区域工作在区域1 1和和2 2，工作区域，工作区域3 3 是是ZCSZCS工作区。对于工作区。对于MOSFETMOSFET而言，而言，ZVSZVS模式的开关损耗比模式的开关损耗比ZCSZCS模式的模式的开关损耗要小。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。因此对于频率高于谐振频率。因此对于LLCLLC，其最小开关频率不能低于，其最小开关频率不能低于 fr2.fr2.从开关频率与谐振频率的关系来看，从开关频率与谐振频率的关系来看，LLCLLC的工作状态分为的工作状态分为 fs=fr1,fs=fr1,fsfr1,fr2fsfr1,fr2fsfr1(Phase1/6)1/61/6n设定初始条件为设定初始条件为:谐振回路中电流到零谐振回路中电流到零(在在Q2导通时间内导通时间内)n此时间内此时间内Q1 OFF,Q2 ON,D2 ONn变压器向副边传递能量变压器向副边传递能量n因因fsfr1,此阶段结束时刻，谐振电流此阶段结束时刻，谐振电流激磁电流激磁电流nQ2关断关断nQ2关断时刻关断时刻,二极管二极管D2电流没到零电流没到零Q1 ONQ1 ONQ2 OFFQ2 OFFQ1 OFFQ1 OFFQ2 ONQ2 ONQ1 OFFQ1 OFFQ2 ONQ2 ONVinVoutQ1Q2LsLmCrn:1:1D1D2CossPoweringtheFutureVinVinVoutVoutQ1Q1Q2Q2LsLsLmLmCrCrn:1:1n:1:1D1D1D2D2CossCoss1 1CossCoss2 2CoutCoutfsfr1(Phase2/6)2/62/6Q1 ONQ1 ONQ2 OFFQ2 OFFQ1 OFFQ1 OFFQ2 ONQ2 ONQ1 OFFQ1 OFFQ2 ONQ2 ONnQ1,Q2,D1 OFF(死区时间死区时间)n在上个阶段结束时在上个阶段结束时,Cr中的电流是从右中的电流是从右到左的到左的,而且没有回零而且没有回零n在在Q2关断时刻关断时刻,由于电感中的电流不由于电感中的电流不能突变能突变,将继续向将继续向Coss2中充电中充电n当当VCoss2Vin时时,Q1的体二极管导通的体二极管导通n由于由于fsfr1,此时谐振电流大于励磁电此时谐振电流大于励磁电流。因此谐振电流迅速减小到励磁电流。因此谐振电流迅速减小到励磁电流。在谐振电流减小到励磁电流前，流。在谐振电流减小到励磁电流前，变压器副边仍有电流流动，变压器原边仍被箝位，因此谐振电流的下降斜率为（变压器副边仍有电流流动，变压器原边仍被箝位，因此谐振电流的下降斜率为（Vc-n.Vo)/Ls,(Vc 为谐振电容上的电压为谐振电容上的电压)。副边整流二极管。副边整流二极管 D2 上的电流逐渐减小，当谐振电上的电流逐渐减小，当谐振电流等于励磁电流的时候，流等于励磁电流的时候，D2的电流减小到的电流减小到0，实现，实现 ZCSVinVoutQ1Q2LsLmCrn:1:1D1D2CossPoweringtheFutureVinVinVoutVoutQ1Q1Q2Q2LsLsLpLpCrCrn:1:1n:1:1D1D1D2D2CossCoss1 1CossCoss2 2CoutCoutfsfr1(Phase3/6)3/63/6Q1 ONQ1 ONQ2 OFFQ2 OFFQ1 OFFQ1 OFFQ2 ONQ2 ONQ1 OFFQ1 OFFQ2 ONQ2 ONn在上个阶段结束时在上个阶段结束时,Cr中的电流是从右中的电流是从右到左的到左的,而且没有回零而且没有回零n在在Q1体二极管导通时刻体二极管导通时刻,Q1 ON,实实现现ZVS开通开通 n当当 Q1 导通后，谐振电流通过导通后，谐振电流通过 Q1 反向流通，谐振电流大于激磁电流，反向流通，谐振电流大于激磁电流，副边二极管副边二极管D1导通向负载提供能量导通向负载提供能量n同时同时Lm进行反向励磁进行反向励磁n当当ILs=0时时,此阶段结束此阶段结束VinVoutQ1Q2LsLpCrn:1:1D1D2CossPoweringtheFutureVinVinVoutVoutQ1Q1Q2Q2LsLsLmLmCrCrn:1:1n:1:1D1D1D2D2CossCoss1 1CossCoss2 2CoutCoutfsfr1(Phase4/6)4/64/6Q1 ONQ1 ONQ2 OFFQ2 OFFQ1 OFFQ1 OFFQ2 ONQ2 ONQ1 OFFQ1 OFFQ2 ONQ2 ONn在上个阶段结束时在上个阶段结束时,Cr中的电流是从右中的电流是从右向左刚好回零向左刚好回零n此时此时Q1 ON,Vin 通过变压器向副边通过变压器向副边传递能量传递能量n谐振电流反向为从左向右谐振电流反向为从左向右,逐渐变大逐渐变大n因因fsfr1,此阶段结束时刻，谐振电流此阶段结束时刻，谐振电流激磁电流激磁电流nQ1关断关断nQ1关断时刻关断时刻,二极管二极管D2电流没到零电流没到零VinVoutQ1Q2LsLmCrn:1:1D1D2CossPoweringtheFutureVinVinVoutVoutQ1Q1Q2Q2LsLsLmLmCrCrn:1:1n:1:1D1D1D2D2CossCoss1 1CossCoss2 2CoutCoutfsfr1(Phase5/6)5/65/6Q1 ONQ1 ONQ2 OFFQ2 OFFQ1 OFFQ1 OFFQ2 ONQ2 ONQ1 OFFQ1 OFFQ2 ONQ2 ONnQ1,Q2,D1 OFF(死区时间死区时间)n在上个阶段结束时在上个阶段结束时,Cr中的电流是从左中的电流是从左到右的到右的,而且没有回零而且没有回零n在在Q1关断时刻关断时刻,由于电感中的电流不由于电感中的电流不能突变能突变,Vin向向Coss1充电充电,此时此时Coss2放电放电n由于由于fsfr1,此时谐振电流大于励磁电此时谐振电流大于励磁电流。因此谐振电流迅速减小到励磁电流。因此谐振电流迅速减小到励磁电流。在谐振电流减小到励磁电流前，流。在谐振电流减小到励磁电流前，变压器副边仍有电流流动，变压器原边仍被箝位，因此谐振电流的下降斜率为（变压器副边仍有电流流动，变压器原边仍被箝位，因此谐振电流的下降斜率为（Vc-n.Vo)/Ls,(Vc 为谐振电容上的电压为谐振电容上的电压)。副边整流二极管。副边整流二极管 D1 上的电流逐渐减小，当谐振电上的电流逐渐减小，当谐振电流等于励磁电流的时候，流等于励磁电流的时候，D2的电流减小到的电流减小到0，实现，实现 ZCSVinVoutQ1Q2LsLmCrn:1:1D1D2CossPoweringtheFutureVinVinVoutVoutQ1Q1Q2Q2LsLsLmLmCrCrn:1:1n:1:1D1D1D2D2CossCoss1 1CossCoss2 2CoutCoutfsfr1(Phase6/6)6/66/6Q1 ONQ1 ONQ2 OFFQ2 OFFQ1 OFFQ1 OFFQ2 ONQ2 ONQ1 OFFQ1 OFFQ2 ONQ2 ONn在上个阶段结束时在上个阶段结束时,Cr中的电流是从左中的电流是从左到右的到右的,而且没有回零而且没有回零n在在Q2体二极管导通时刻体二极管导通时刻,Q2 ON,实实现现ZVS开通开通 n当当 Q2 导通后，谐振电流通过导通后，谐振电流通过 Q2 反向流通，谐振电流大于激磁电流，反向流通，谐振电流大于激磁电流，副边二极管副边二极管D2导通向负载提供能量导通向负载提供能量n同时同时Lm进行正向励磁进行正向励磁n当当ILs=0时时,此阶段结束此阶段结束当当 fsfr1fsfr1时，从上面的分析及波形可以看到，时，从上面的分析及波形可以看到，Q1,Q2 Q1,Q2 都是都是 ZVS,ZVS,副边副边二极管二极管 D1,D2 D1,D2 都是都是 ZCSZCS。LmLm没有参与谐振。没有参与谐振。VinVoutQ1Q2LsLmCrn:1:1D1D2CossPoweringtheFutureVinVinVoutVoutQ1Q1Q2Q2LsLsLmLmCrCrn:1:1n:1:1D1D1D2D2CossCoss1 1CossCoss2 2CoutCoutfr2fsfr1(Phase1/8)1/81/8Q1 ONQ1 ONQ2 OFFQ2 OFFQ1 OFFQ1 OFFQ2 ONQ2 ONQ1 OFFQ1 OFFQ2 ONQ2 ONn设定初始条件为设定初始条件为:谐振回路中电流到零谐振回路中电流到零(在在Q2导通时间内导通时间内)n此时间内此时间内Q1 OFF,Q2 ON,D2 ONn变压器向副边传递能量变压器向副边传递能量n因因fsfr1,此阶段结束时刻，谐振电流此阶段结束时刻，谐振电流=激磁电流激磁电流nD2 ZCS关断关断VinVoutQ1Q2LsLmCrn:1:1D1D2CossPoweringtheFutureVinVinVoutVoutQ1Q1Q2Q2LsLsLmLmCrCrn:1:1n:1:1D1D1D2D2CossCoss1 1CossCoss2 2CoutCoutfr2fsfr1(Phase2/8)2/82/8n前一阶段结束时，谐振电流前一阶段结束时，谐振电流=激磁电流激磁电流n此时间内此时间内Q1 OFF,Q2 ON,D2 OFFnCout向副边传递能量向副边传递能量n此时此时Lm参与谐振，谐振电流的上升斜参与谐振，谐振电流的上升斜率为（率为（Vin-Vc)/(Lm+Ls)n直到直到Q2关断关断,此阶段结束此阶段结束Q1 ONQ1 ONQ2 OFFQ2 OFFQ1 OFFQ1 OFFQ2 ONQ2 ONQ1 OFFQ1 OFFQ2 ONQ2 ONVinVoutQ1Q2LsLmCrn:1:1D1D2CossPoweringtheFutureVinVinVoutVoutQ1Q1Q2Q2LsLsLmLmCrCrn:1:1n:1:1D1D1D2D2CossCoss1 1CossCoss2 2CoutCoutfr2fsfr1(Phase3/8)3/83/8nQ1，Q2，D2 OFFnCout向副边传递能量向副边传递能量n在在Q2关断时刻关断时刻,由于电感中的电流不由于电感中的电流不能突变能突变,I(Lm+Ls)将继续向将继续向Coss2中充中充电电n当当VCoss2Vin时时,Q1的体二极管导通的体二极管导通n直到直到Q1开通开通,此阶段结束此阶段结束Q1 ONQ1 ONQ2 OFFQ2 OFFQ1 OFFQ1 OFFQ2 ONQ2 ONQ1 OFFQ1 OFFQ2 ONQ2 ONVinVoutQ1Q2LsLmCrn:1:1D1D2CossPoweringtheFutureVinVinVoutVoutQ1Q1Q2Q2LsLsLmLmCrCrn:1:1n:1:1D1D1D2D2CossCoss1 1CossCoss2 2CoutCoutfr2fsfr1(Phase4/8)4/84/8Q1 ONQ1 ONQ2 OFFQ2 OFFQ1 OFFQ1 OFFQ2 ONQ2 ONQ1 OFFQ1 OFFQ2 ONQ2 ONn在上个阶段结束时在上个阶段结束时,Cr中的电流是从右中的电流是从右到左的到左的,而且没有回零而且没有回零n在在Q1体二极管导通时刻体二极管导通时刻,Q1 ON,实实现现ZVS开通开通 n当当 Q1 导通后，谐振电流通过导通后，谐振电流通过 Q1 反向流通，当谐振电流大于激磁电流，反向流通，当谐振电流大于激磁电流，副边二极管副边二极管D1导通向负载提供能量导通向负载提供能量n同时同时Lm进行反向励磁进行反向励磁n当当ILs=0时时,此阶段结束此阶段结束VinVoutQ1Q2LsLmCrn:1:1D1D2CossPoweringtheFutureVinVinVoutVoutQ1Q1Q2Q2LsLsLmLmCrCrn:1:1n:1:1D1D1D2D2CossCoss1 1CossCoss2 2CoutCoutfr2fsfr1(Phase5/8)5/85/8Q1 ONQ1 ONQ2 OFFQ2 OFFQ1 OFFQ1 OFFQ2 ONQ2 ONQ1 OFFQ1 OFFQ2 ONQ2 ONn上阶段结束时，谐振回路中电流到零上阶段结束时，谐振回路中电流到零(在在Q1导通时间内导通时间内)n此时间内此时间内Q2 OFF,Q1 ON,D1 ONn变压器向副边传递能量变压器向副边传递能量n因因fsfr1,此阶段结束时刻，谐振电流此阶段结束时刻，谐振电流=激磁电流激磁电流nD1 ZCS关断关断VinVoutQ1Q2LsLmCrn:1:1D1D2CossPoweringtheFutureVinVinVoutVoutQ1Q1Q2Q2LsLsLmLmCrCrn:1:1n:1:1D1D1D2D2CossCoss1 1CossCoss2 2CoutCoutfr2fsfr1(Phase6/8)6/86/8Q1 ONQ1 ONQ2 OFFQ2 OFFQ1 OFFQ1 OFFQ2 ONQ2 ONQ1 OFFQ1 OFFQ2 ONQ2 ONn前一阶段结束时，谐振电流前一阶段结束时，谐振电流=激磁电流激磁电流n此时间内此时间内Q2 OFF,Q1 ON,D2 OFFnCout向副边传递能量向副边传递能量n此时此时Lm参与谐振，谐振电流的上升斜参与谐振，谐振电流的上升斜率为（率为（Vin-Vc)/(Lm+Ls)n直到直到Q1关断关断,此阶段结束此阶段结束VinVoutQ1Q2LsLmCrn:1:1D1D2CossPoweringtheFutureVinVinVoutVoutQ1Q1Q2Q2LsLsLmLmCrCrn:1:1n:1:1D1D1D2D2CossCoss1 1CossCoss2 2CoutCoutfr2fsfr1(Phase7/8)7/87/8Q1 ONQ1 ONQ2 OFFQ2 OFFQ1 OFFQ1 OFFQ2 ONQ2 ONQ1 OFFQ1 OFFQ2 ONQ2 ONnQ1，Q2，D1 OFFnCout向副边传递能量向副边传递能量n在在Q1关断时刻关断时刻,由于电感中的电流不由于电感中的电流不能突变能突变,I(Lm+Ls)将继续向将继续向Coss2中充中充电电n当当VCoss2Vin时时,Q1的体二极管导通的体二极管导通n直到直到Q1开通开通,此阶段结束此阶段结束VinVoutQ1Q2LsLmCrn:1:1D1D2CossPoweringtheFutureVinVinVoutVoutQ1Q1Q2Q2LsLsLmLmCrCrn:1:1n:1:1D1D1D2D2CossCoss1 1CossCoss2 2CoutCoutfr2fsfr1(Phase8/8)8/88/8Q1 ONQ1 ONQ2 OFFQ2 OFFQ1 OFFQ1 OFFQ2 ONQ2 ONQ1 OFFQ1 OFFQ2 ONQ2 ONn在上个阶段结束时在上个阶段结束时,Cr中的电流是从右中的电流是从右到左的到左的,而且没有回零而且没有回零n在在Q1体二极管导通时刻体二极管导通时刻,Q1 ON,实实现现ZVS开通开通 n当当 Q1 导通后，谐振电流通过导通后，谐振电流通过 Q1 反向流通，当谐振电流大于激磁电流，反向流通，当谐振电流大于激磁电流，副边二极管副边二极管D2导通向负载提供能量导通向负载提供能量n同时同时Lm进行反向励磁进行反向励磁n当当ILs=0时时,此阶段结束此阶段结束当当 fr2fsfr1时，从上面的分析及波形可以看到，时，从上面的分析及波形可以看到，Q1,Q2 Q1,Q2 都是都是 ZVS,ZVS,副边二极管副边二极管 D1,D2 D1,D2 都是都是 ZCSZCS。LmLm参与谐振。参与谐振。VinVoutQ1Q2LsLmCrn:1:1D1D2CossPoweringtheFuture第第第第1 1章章章章 谐振电路谐振电路谐振电路谐振电路简介简介简介简介第第2章章 LLC拓扑原理拓扑原理第第3章章 参数设计计算参数设计计算第第4章章 L6599L6599芯片介绍芯片介绍第第5章章 设计注意事项设计注意事项第第1章章 谐谐振振电电路路简简介介PoweringtheFutureLLC参数设计计算 1.1.确定输入输出指标确定输入输出指标设置输入电压设置输入电压:Vin_max=400V Vin_min=320V Vin_nom=385V:Vin_max=400V Vin_min=320V Vin_nom=385V设置输出参数设置输出参数:Vo=24V Vd=0.9V Io=5A:Vo=24V Vd=0.9V Io=5A2.2.变压器参数计算变压器参数计算选择磁芯选择磁芯:Ae=107mm:Ae=107mm2 2 ER35ER35 磁芯双向磁时磁芯双向磁时:由此可初步核算出变压器窗口面积是否足够由此可初步核算出变压器窗口面积是否足够,否则需重新选择磁材否则需重新选择磁材LLC参数参数设计计设计计算算 1.确定确定输输入入输输出指出指标设标设置置输输入入电压电压PoweringtheFutureLLC参数设计计算 3.3.设置变压器参数与匝数比设置变压器参数与匝数比3.1 3.1 确定匝数比确定匝数比:由之前的原理分析可知由之前的原理分析可知,为兼顾效率与空载电压为兼顾效率与空载电压,将变换器工作点将变换器工作点设置在设置在fr1fr1左侧附近最理想左侧附近最理想3.2 3.2 变压器参数计算变压器参数计算 根据之前选择好的磁材及最小根据之前选择好的磁材及最小Np,Np,由匝比确定的由匝比确定的Ns,Ns,试绕变压器试绕变压器,得出以下参数得出以下参数LLC参数参数设计计设计计算算 3.设设置置变压变压器参数与匝数比器参数与匝数比3.1PoweringtheFutureLLC参数设计计算 Cr=22nF Cr=22nF 由此得出由此得出fr1,fr2fr1,fr2 得出得出fr1fr1后后,需核算需核算B B是否满足是否满足,否则需重新选择否则需重新选择Cr,LmCr,Lm在此时在此时只是初始设置值只是初始设置值,需根据后面讲到的需根据后面讲到的Q Q值进行调整值进行调整4.4.选择谐振电容选择谐振电容设置初始值设置初始值:LLC参数参数设计计设计计算算 Cr=22nF 由此得出由此得出fPoweringtheFutureLLC参数设计计算 对于半桥网络，其激励源可看作是个频率可变，对于半桥网络，其激励源可看作是个频率可变，50%50%占空比的方波占空比的方波。因此为了更好的研究。因此为了更好的研究LLC LLC 谐振槽路的特性及设计，我们需要简化谐振槽路的特性及设计，我们需要简化 LLC LLC 谐振槽路的输入输出模型。对于谐振槽路，起主导作用的是激励谐振槽路的输入输出模型。对于谐振槽路，起主导作用的是激励的基波成分。因此我们用基波等效（的基波成分。因此我们用基波等效（FHA)FHA)来等效输入模型。来等效输入模型。5.5.计算初级等效负载阻抗计算初级等效负载阻抗LLC参数参数设计计设计计算算 对对于半于半桥桥网网络络，其激励源可看，其激励源可看PoweringtheFutureLLC参数设计计算 由上图的由上图的LLCLLC电路模型电路模型,我们可以得出以下交流等效电路。我们可以得出以下交流等效电路。对于谐振槽路的输入端，也就是对于谐振槽路的输入端，也就是 Q1,Q2Q1,Q2连接点，我们通常称为半桥连接点，我们通常称为半桥中点，其电压波形为一个幅值为中点，其电压波形为一个幅值为 VdcVdc的方波的方波0 0VinVinVinVin2 2Q1 ONQ2 OFFQ1 OFFQ2 ONVinVin2 2p pLLC参数参数设计计设计计算算 由上由上图图的的LLC电电路模型路模型,我我们们可以得可以得PoweringtheFutureLLC参数设计计算 经过傅里叶分解，我们可以得到它的基波为：经过傅里叶分解，我们可以得到它的基波为：其有效值为其有效值为LLC参数参数设计计设计计算算 经过经过傅里叶分解，我傅里叶分解，我们们可以得到它的基可以得到它的基PoweringtheFutureLLC参数设计计算 由此可以得到出由此可以得到出LLCLLC变换器的交流等效负载阻抗为：变换器的交流等效负载阻抗为：由于由于LLCLLC变压器副边绕组的电流为正弦波，对于全桥或全波整流电路变压器副边绕组的电流为正弦波，对于全桥或全波整流电路LLC参数参数设计计设计计算算 由此可以得到出由此可以得到出LLC变换变换器的交流等器的交流等PoweringtheFutureLLC参数设计计算由此可以得到出由此可以得到出LLCLLC变换器的品质因素为：变换器的品质因素为：因因LLCLLC电路大部分时间是工作在电路大部分时间是工作在SRCSRC模式模式,由前面讲到的由前面讲到的RLCRLC串联串联等效电路的品质因素为等效电路的品质因素为:5.5.计算计算LLCLLC品质因素品质因素此即为我们所熟知的电路的此即为我们所熟知的电路的Q Q值值 LLC参数参数设计计设计计算由此可以得到出算由此可以得到出LLC变换变换器的品器的品质质因素因素为为：PoweringtheFutureLLC参数设计计算 6.6.计算电路的最大最小增益计算电路的最大最小增益最大增益值最大增益值:最小增益值最小增益值:由正常增益值可得出正常工作时的频率由正常增益值可得出正常工作时的频率:正常增益值正常增益值:LLC参数参数设计计设计计算算 6.计计算算电电路的最大最小增益最大增路的最大最小增益最大增PoweringtheFutureLLC参数设计计算 7.7.计算电路的归一化增益函数计算电路的归一化增益函数首先计算该网络的传递函数：进行归一化计算：令 k=Lm/Ls,fn=f/fr，带入G(jw)化简得：LLC参数参数设计计设计计算算 7.计计算算电电路的路的归归一化增益函数首先一化增益函数首先PoweringtheFutureLLC参数设计计算LLCLLC电路增益曲线电路增益曲线LLC参数参数设计计设计计算算LLC电电路增益曲路增益曲线线PoweringtheFutureLLC参数设计计算从从LLCLLC电路增益曲线可知电路增益曲线可知 所有的所有的Q Q值曲线在谐振频率处的增益为值曲线在谐振频率处的增益为 1.1.也就是说在也就是说在fs=fr1fs=fr1这一点，这一点，LLCLLC变化器的工作状态与负载无关。这也正是我们所希望的。通常情况变化器的工作状态与负载无关。这也正是我们所希望的。通常情况下我们将这一点选定为正常输入电压时的工作点。由此可知，我们所希下我们将这一点选定为正常输入电压时的工作点。由此可知，我们所希望的望的fn=1fn=1 从增益函数可知，变量还有从增益函数可知，变量还有K K与与Q Q，由增益曲线可以分别得出，由增益曲线可以分别得出K K与与Q Q的的曲线，通常来讲，曲线，通常来讲，K K值取为值取为3-73-7之间较理想。之间较理想。我们可以看到当负载增加的时候，我们可以看到当负载增加的时候，LLC LLC 的工作频率是减小的。从物的工作频率是减小的。从物理意义上来讲，当负载阻抗理意义上来讲，当负载阻抗 RacRac减小的时候，减小的时候，LrLr与与CrCr构成的串联谐振回构成的串联谐振回路上的阻抗也要减小，以维持路上的阻抗也要减小，以维持RacRac上得到的分压不变。只有通过降低频上得到的分压不变。只有通过降低频率才能使率才能使 LrLr和和 CrCr构成的串联阻抗减小。因此，当负载加重时，构成的串联阻抗减小。因此，当负载加重时，LLC LLC 的的开关频率是减小的；当负载减轻的时候，开关频率是减小的；当负载减轻的时候，LLCLLC的开关频率是增大的。当的开关频率是增大的。当输入电压降低时，开关频率也是降低的。输入电压降低时，开关频率也是降低的。Q Q值在选取时，要考虑到电源值在选取时，要考虑到电源在最低输入电压下始终都不能进入曲线的左侧区域（在最低输入电压下始终都不能进入曲线的左侧区域（ZCSZCS），即），即MAXMAX线与线与曲线的交点必须在设定的最低频率以上。曲线的交点必须在设定的最低频率以上。通过对曲线的调整，我们就可以得出想要的工作点。通过对曲线的调整，我们就可以得出想要的工作点。LLC参数参数设计计设计计算从算从LLC电电路增益曲路增益曲线线可知可知 所有的所有的Q值值曲曲PoweringtheFutureLLC参数设计计算8.8.LLCLLC电路部分器件选取电路部分器件选取8.1 8.1 变压器绕组电流计算变压器绕组电流计算次级绕组电流：次级绕组电流：初级绕组电流：初级绕组电流：首先计算谐振回路阻抗：首先计算谐振回路阻抗：基波分量峰值：基波分量峰值：绕组有效值电流：绕组有效值电流：LLC参数参数设计计设计计算算8.LLC电电路部分器件路部分器件选选取取8.1 变压变压器器PoweringtheFutureLLC参数设计计算8.2 8.2 次级电路计算次级电路计算次级整流管电压次级整流管电压,电流电流,损耗损耗(24V(24V输出）输出）：次级输出电解电容纹波电流次级输出电解电容纹波电流 ：LLC参数参数设计计设计计算算8.2 次次级电级电路路计计算次算次级级整流管整流管电压电压,电电流流,PoweringtheFuture第第第第1 1章章章章 谐振电路谐振电路谐振电路谐振电路简介简介简介简介第第2章章 LLC拓扑原理拓扑原理第第3章章 参数设计计算参数设计计算第第4章章 L6599L6599芯片介绍芯片介绍第第5章章 设计注意事项设计注意事项第第1章章 谐谐振振电电路路简简介介PoweringtheFutureL6599芯片介绍LLCLLC工作过程分析工作过程分析 在初始上电启动时，输出电压尚未建立，原边在初始上电启动时，输出电压尚未建立，原边LmLm短路的，短路的，因此必须要增加软启动电路，通过提高开关频率（软启动频率因此必须要增加软启动电路，通过提高开关频率（软启动频率fss)fss)来降低启动时的峰值电流，直到输出闭环进入正常工作。来降低启动时的峰值电流，直到输出闭环进入正常工作。在输出负载做动态跳变时，电压环路会处于快速开环闭环在输出负载做动态跳变时，电压环路会处于快速开环闭环工作，工作频率会在最低与最高之间变化，因此需要设置变换工作，工作频率会在最低与最高之间变化，因此需要设置变换器的器的fminfmin与与fmax,fminfmax,fmin的设置必须大于的设置必须大于fr2,fr2,以防止电源进入以防止电源进入ZCSZCS区域，区域，fmaxfmax的设置需考虑雷击与输出空载并开环状态时输出电的设置需考虑雷击与输出空载并开环状态时输出电压不至于冲太高。压不至于冲太高。需要理解的几个频率：需要理解的几个频率：fr1,fr2,fmin,fmax,fs,fssfr1,fr2,fmin,fmax,fs,fssL6599芯片介芯片介绍绍LLC工作工作过过程分析程分析 在初始上在初始上电电启启动时动时PoweringtheFutureL6599芯片介绍L6599L6599内部框图内部框图L6599芯片介芯片介绍绍L6599内部框内部框图图PoweringtheFutureL6599芯片介绍L6599L6599芯片介绍芯片介绍1.Css1.Css：软启动端。此脚与地（：软启动端。此脚与地（GNDGND）间接一只电容）间接一只电容CssCss，与，与4 4脚脚（RFminRFmin）间接一只电阻）间接一只电阻RssRss，用以确定软启动时的最高工作频率。当，用以确定软启动时的最高工作频率。当VccVcc（1212脚）脚）UVLOUVLO（低电压闭锁），（低电压闭锁），LINELINE（7 7脚）脚）1.25V6V6V，DISDIS（8 8脚）脚）1.85V1.85V（禁止端），（禁止端），ISENISEN（6 6脚）脚）1.5V1.5V，DELAYDELAY（2 2脚）脚）3.5V3.5V，以及当，以及当ISENISEN的电压超过的电压超过0.8V0.8V或长时间超过或长时间超过0.75V0.75V时，芯片关闭，电容时，芯片关闭，电容器器CssCss通过芯片内部开关放电，以使再启动过程为软启动。通过芯片内部开关放电，以使再启动过程为软启动。2.DELAY2.DELAY：过载电流延迟关断端。此端对地并联接入电阻：过载电流延迟关断端。此端对地并联接入电阻RdRd和电容和电容CdCd各各一只，设置过载电流的最长持续时间。当一只，设置过载电流的最长持续时间。当ISENISEN脚的电压超过脚的电压超过0.8V0.8V时，时，芯片内部将通过芯片内部将通过150uA150uA的恒流源向的恒流源向CdCd充电，当充电电压超过充电，当充电电压超过2.0V2.0V时，芯时，芯片输出将被关断，软启动电容片输出将被关断，软启动电容CssCss上的电也被放掉。电路关断之后，过上的电也被放掉。电路关断之后，过流信号消失，芯片内部对流信号消失，芯片内部对CdCd充电的充电的3.5V3.5V电源被关断，电源被关断，CdCd上的电通过上的电通过RdRd放掉，至电压低于放掉，至电压低于0.3V0.3V时，软启动开始。这样，在过载或短路状态下，时，软启动开始。这样，在过载或短路状态下，芯片周而复始地工作于间歇工作状态。（芯片周而复始地工作于间歇工作状态。（RdRd应不小于应不小于2V/150uA2V/150uA13.3k13.3k。RdRd越大，允许过流时间越短，关断时间越长。）越大，允许过流时间越短，关断时间越长。）3.CF3.CF：定时电容。对地间连接一只电容：定时电容。对地间连接一只电容CfCf，和，和4 4脚对地的脚对地的RFminRFmin配合可编配合可编程振荡器的开关频率。程振荡器的开关频率。L6599芯片介芯片介绍绍L6599芯片介芯片介绍绍1.Css：软软启启动动端。端。PoweringtheFutureL6599芯片介绍4.RFmin4.RFmin：最低振荡频率设置。：最低振荡频率设置。4 4脚提供脚提供2V2V基准电压，并且，从基准电压，并且，从4 4脚到地脚到地接一只电阻接一只电阻RFminRFmin，用于设置最低振荡频率。从，用于设置最低振荡频率。从4 4脚接一只电阻脚接一只电阻RFmaxRFmax，通过反馈环路控制的光耦接地，将用于调整交换器的振荡频率。通过反馈环路控制的光耦接地，将用于调整交换器的振荡频率。RFmaxRFmax是最高工作频率设置电阻。是最高工作频率设置电阻。4 4脚脚11脚脚GNDGND间的间的RCRC网络实现软启动。网络实现软启动。5.STBY5.STBY：StandbyStandby，间歇工作模式门限（，间歇工作模式门限（1.25V 1.85VDIS 1.85V、ISEN 1.5VISEN 1.5V、LINE 6V LINE 6V 和和 STBY STBY 1.25V1.25V关闭时，关闭时，9 9脚输出被拉低。当脚输出被拉低。当DELAYDELAY端电压超过端电压超过2V2V，且没有回复到，且没有回复到0.3V0.3V之下时，该端也被拉低。在之下时，该端也被拉低。在UVLOUVLO（低压闭锁）期间，该引脚是开（低压闭锁）期间，该引脚是开放的。如果不使用此功能，请将该引脚接地。放的。如果不使用此功能，请将该引脚接地。L6599芯片介芯片介绍绍 回到启回到启动动之前的水平。之前的水平。检测检测信息被信息被闭锁闭锁，只，只PoweringtheFuture第第第第1 1章章章章 谐振电路谐振电路谐振电路谐振电路简介简介简介简介第第2章章 LLC拓扑原理拓扑原理第第3章章 参数设计计算参数设计计算第第4章章 L6599L6599芯片介绍芯片介绍第第5章章 设计注意事项设计注意事项第第1章章 谐谐振振电电路路简简介介PoweringtheFutureLLC设计注意事项 1.1.软启动频率设置时，要看谐振电容电流是否有对称过零，否则软启动频率设置时，要看谐振电容电流是否有对称过零，否则MOSFETMOSFET会有反向恢复问题，有可能会形成上下管共通。会有反向恢复问题，有可能会形成上下管共通。2.2.LLCLLC电路是电压模式的电路，没有电流闭环，电压环保护相对是较慢电路是电压模式的电路，没有电流闭环，电压环保护相对是较慢的，因此如果没有相应的电流检测保护措施，变换器极易损坏，而的，因此如果没有相应的电流检测保护措施，变换器极易损坏，而6599 PIN66599 PIN6是属于延时保护，只能在正常过流时动作。此时需要将过是属于延时保护，只能在正常过流时动作。此时需要将过流信号引入流信号引入PIN8PIN8脚实现快速保护。脚实现快速保护。3.3.fminfmin设置问题：当输出短路时，电压环开路，工作频率快速变为设置问题：当输出短路时，电压环开路，工作频率快速变为fminfmin ，MOSFET TonMOSFET Ton时间变长，时间变长，LmLm短路，短路，MOSFETMOSFET电流在电流在TonTon时间内迅时间内迅速增加，此时要确保在速增加，此时要确保在PIN8PIN8保护前保护前MOSFETMOSFET IdmaxIdmax能够耐住。同时能够耐住。同时PIN8PIN8脚的设置需考虑输出带容性负载时的情况。脚的设置需考虑输出带容性负载时的情况。4.4.走线干扰问题：走线干扰问题：PIN14,15,16PIN14,15,16脚属于高压方波信号，当中含有高分量脚属于高压方波信号，当中含有高分量的多次谐波，是强干扰源；的多次谐波，是强干扰源；PIN1,2,3,4,5PIN1,2,3,4,5属于弱信号。要注意两者属于弱信号。要注意两者间的布局走线。间的布局走线。LLC设计设计注意事注意事项项 软软启启动频动频率率设设置置时时，要看，要看谐谐振振电电容容电电流流PoweringtheFuture谢谢谢谢谢谢谢谢