電晶體｜評估篇

LLC轉換器的基本工作

2024.05.22

重點

・通常，LLC轉換器在增益大於1且MOSFET導通執行ZVS工作的區域（2）中運行。

・區域（2）中的LLC轉換器的電路工作分為10種模式。

接續上一篇文章“LLC轉換器的工作特性”之後，在本文中我們將介紹下面的第3項：“LLC轉換器的基本工作”。

LLC轉換器的基本工作

在上一篇的圖2的區域（2）中，MOSFET導通時是ZVS工作，因此LLC轉換器通常在這個區域使用。圖3為區域（2）中的工作波形。Q1和Q2的漏極電流波形（ID_Q1、ID_Q2）表明在導通時是ZVS工作。


圖3. 區域（2）中LLC轉換器的工作波形

如圖3的下部分所示，區域（2）中LLC轉換器的電路工作分為10種模式。每種模式的工作如下面的圖4-1～10所示。

 Mode（1）

  • ・Q1為導通（ON）狀態，Q2為關斷（OFF）狀態。
  • ・負載電流和勵磁電流都流過一次側。
  • ・電流ID1經由D1流過二次側。此時，Lr和Cr的諧振而流過正弦波狀的電流。
  • ・當ID1變為0A時，進入下一個工作模式。

Mode（2）

  • ・繼Mode（1）之後，繼續保持Q1為導通（ON）狀態，Q2為關斷（OFF）狀態。
  • ・當流過D1的電流變為0A時，一次側的負載電流也變為0A，但勵磁電流仍在流動並且該勵磁電流會對Cr充電。
  • ・隨著該充電時間增加，充電電荷量會增多，輸出電壓會上升。

Mode（3）

  • ・Q1關斷（OFF）。
  • ・勵磁電流流過並開始對Q1的輸出電容Coss_Q1充電。
  • ・同時，Q2的輸出電容Coss_Q2開始放電。

Mode（4）

  • ・Coss_Q1的充電和Coss_Q2的放電完成後，勵磁電流流經Q2的體二極體。
  • ・由於電流流過體二極體而使VDS_Q2幾乎變為0V，這使得MOSFET導通時的開關損耗也幾乎變為零。

Mode（5）

  • ・Q2導通（ON）。
  • ・由於勵磁電流在導通之前已經流過體二極體，所以導通時是ZVS工作。
  • ・Cr由於被充電而發揮電源的作用，這會使一次側產生負載電流並經由D2流過二次側。
  • ・勵磁電流的流向與負載電流相反，但由於變壓器的一次側被施加負電壓，因此勵磁電流會逐漸減小，最終其流向變得與負載電流的方向相同。

Mode（6）

  • ・Q1為關斷（OFF）狀態，Q2為導通（ON）狀態。
  • ・負載電流和勵磁電流都流過一次側。
  • ・電流ID2經由D2流過二次側。此時，Lr和Cr的諧振而流過正弦波狀的電流。
  • ・當ID2變為0A時，進入下一個工作模式。

Mode（7）

  • ・繼Mode（6）之後，繼續保持Q1關斷（OFF）、Q2導通（ON）狀態。
  • ・當流過D2的電流變為0A時，一次側的負載電流也變為0A。此時，勵磁電流流過一次側並對Cr充電。
  • ・隨著該充電時間增加，充電電荷量會增多，輸出電壓會上升。

Mode（8）

  • ・Q2關斷（OFF）。
  • ・勵磁電流流過並開始對Q2的輸出電容Coss_Q2充電，同時，Q1的輸出電容Coss_Q1開始放電。

Mode（9）

  • ・Coss_Q2的充電和Coss_Q1的放電完成後，勵磁電流流經Q1的體二極體。
  • ・由於電流流過體二極體而使VDS_Q2幾乎變為0V，這使得MOSFET導通時的開關損耗也幾乎變為零。

Mode（10）

  • ・Q1導通（ON）。
  • ・與Mode（5）一樣，由於勵磁電流在導通之前已經流過體二極體，所以導通時是ZVS工作。
  • ・Cr由於被充電而發揮電源的作用，這會使一次側產生負載電流並經由D1流過二次側。
  • ・勵磁電流的流向與負載電流相反，但由於變壓器的一次側被施加負電壓，因此勵磁電流會逐漸減小，最終其流向變得與負載電流的方向相同。

圖4-1～10：LLC轉換器的10種工作模式

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