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LLC变频串联谐振转换器
2021-02-21

下面是在频率控制下工作的隔离式DC / DC谐振转换器的PLECS演示模型,通过改变半导体的开关频率来控制转换器的输出电压,零电压开关(ZVS)用于减少开关损耗,从而允许转换器在更高的开关频率下工作。


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电源电路


LLC转换器是具有前端H桥的DC / DC转换器,H桥的AC侧通过串联谐振电感器和电容器连接到高频变压器的初级侧,变压器的磁化电感与电感器和电容器一起形成LLC谐振回路,变压器的次级侧连接到全波二极管整流器,以将交流变压器输出转换为高纹波直流电压,然后对其进行滤波以提供低纹波直流电压输出。


串联谐振


LLC转换器通常在零电压开关(ZVS)操作下运行,其中当电流仍在其各自的反并联二极管(例如D1)中流动时,每个FET(例如Q1)都会导通,因此,仅将二极管的正向压降施加到FET,这比DC输入电压小,这导致器件的导通损耗可忽略不计,并有助于减少总损耗,在ZVS操作期间,FET在其传导电流的区域中被关闭,如下所示,这会导致设备的硬开关,从而产生关断开关损耗。


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在关断和导通事件期间,每个FET的体电容器分别被充电和放电,对于在导通期间FET(而非反向二极管)进行硬开关的电路,存储在体电容器中的电荷通过FET耗散,这增加了开关损耗,通过将这些损耗简单地包含在特定部分的热损耗查找表中,就可以在仿真中捕获这些损耗(而无需添加与FET并联的电容器),在测量某些工作点的FET的开关能量损耗以生成损耗查找表时,在损耗测量中包括存储在FET主体电容器中的电荷很重要,FET的ZVS的主要优点除了消除导通损耗外,还在于将存储在人体电容中的能量回收到电路中,假设在Q1 / Q4关闭和Q2 / Q3开启之间有足够的消隐时间,因此,在以ZVS运行的软开关拓扑中,如果电容查找的结果没有反映出电容性元件的影响,那么关断损耗可能会被高估10%至20%。


控制


输出电压由传感电路测量,此处简化为传递函数(代表低通滤波器),简化的ADC模块用于将测得的电压转换成其相应的数字值,将输出电压测量值与直流电压设定值进行比较,该错误被馈送到数字PI控制器的2极,2零实现中,ADC中断用于触发中断服务程序以运行控件(此处模拟为触发的子系统),控制产生一个计数器周期设定点,然后将其转换为频率设定点,PLECS可变频率载波使用频率设定点,半桥FET的占空比为50%, LLC变频谐振控制也可以使用PLECS循环处理器(PIL)组件库中提供的高保真ADC和PWM外设模型来实现。


模拟


200 VDC输入连接到全桥的DC侧,压摆率施加于转换器,以限制参考电压变化期间输出电压的变化率,另外,采用软启动算法来限制启动期间命令电压的变化率,随着输出电压逐渐上升,这反映在启动瞬态上,软启动后,使用电压控制器来控制全桥开关频率,系统在20毫秒后达到所需的300 VDC输出,下图显示了启动时LLC转换器的瞬态仿真。


为半导体器件提供了PLECS热描述, 该型号的查找表中未包含人体电容的能量存储;因此,如前所述,关断损耗最多会高估20%, 软开关策略将FET结温保持在安全的温度范围内,同时以高频进行开关, 此外,工程师可以使用PLECS饱和铁心块来确定磁性组件的尺寸,以在BH曲线的所需点运行系统,这可以使用PLECS XY图组件进行观察。

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