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前幾天我們聊了充電樁地前級(jí) Vienna 整流器的相關(guān)原理和調(diào)制方式，接下來(lái)我們來(lái)聊一聊后級(jí)的 DC/DC 轉(zhuǎn)換電路——后級(jí)半橋三電平 LLC 電路~
直流充電樁的前級(jí)電路輸出的母線電壓在 800V 左右，采用半橋三電平 LLC 電路不僅可以將開(kāi)關(guān)管上承受的電壓應(yīng)力降低為原來(lái)的一半，而且在圈電壓范圍內(nèi)能實(shí)現(xiàn)主開(kāi)關(guān)管的 ZVS(零壓開(kāi)通)和整流二極管的 ZCS(零電流關(guān)斷)。
這樣能夠減小開(kāi)關(guān)管和整流管上所承受的應(yīng)力，提高壽命；同時(shí)，也可以減小開(kāi)關(guān)損耗，提高整體效率。
今天我們就來(lái)聊聊后級(jí) LLC 電路的工作原理。
半橋三電平 LLC 的基本電路拓?fù)?/a>如下圖：
主功率開(kāi)關(guān)器件包括：原邊的四個(gè) MOSFET(Q1~Q4)和副邊的全橋整流二極管(D5~D8)。其中，D1~D4 和 C1~C4 分別是各個(gè) MOS 管對(duì)應(yīng)的寄生二極管和結(jié)電容。
諧振腔元件：Lr 是諧振電感，包含線路中的電感和變壓器的漏感；Cr 是諧振電容；Lm 是主變壓器的勵(lì)磁電感。C11 和 C12 是分壓電容，用來(lái)穩(wěn)定諧振腔的正負(fù)輸入電壓；D11 和 D12 是鉗位二極管，實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)管上的電壓能夠被鉗位在輸入電壓的一半；C10 是飛跨電容；Co 是輸出濾波電容。
LLC 諧振電路根據(jù)功能可以劃分為方波輸入、串聯(lián)諧振和輸出整流濾波三大網(wǎng)絡(luò)。其中最為關(guān)鍵的部分是串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)串聯(lián)電感和電容的諧振特性，可知 LLC 諧振網(wǎng)絡(luò)具有兩個(gè)諧振點(diǎn)。第一諧振過(guò)程(由諧振電感 Lr 和諧振電容 Cr 單獨(dú)諧振)、第二過(guò)程(由勵(lì)磁電感 Lm 和諧振電感 Lr 一起和諧振電容 Cr 共同諧振)，構(gòu)成的諧振頻率點(diǎn)分別為：
LLC 電路常用的控制手段是調(diào)頻和移相控制。其中移相控制保證超前管 Q1 和 Q4 實(shí)現(xiàn) ZVS，但是 Q2 和 Q3 在輕載時(shí)難以實(shí)現(xiàn) ZVS，同時(shí)二極管還存在反向恢復(fù)問(wèn)題，不利于電路的穩(wěn)定性和效率，所以移相控制是增大輸出電壓的范圍來(lái)作為補(bǔ)充控制。
為了開(kāi)關(guān)管能夠?qū)崿F(xiàn) ZVS，故要使諧振腔呈現(xiàn)感性狀態(tài)，其輸入的高頻方波電壓的頻率必然會(huì)大于諧振點(diǎn)的頻率 fr2。根據(jù)電路開(kāi)關(guān)頻率與諧振頻率點(diǎn) fr1 的關(guān)系可以分為三種狀態(tài)：欠諧振、準(zhǔn)諧振和過(guò)諧振。在這其中準(zhǔn)諧振是電路最為理想的工作狀態(tài)，即 fs=fr1，此時(shí)的電路效率最高，且在半個(gè)周期結(jié)束時(shí)勵(lì)磁電流 iLM 和諧振電路 iLr 恰好相等，輸出整流管電流恰好減小為零，實(shí)現(xiàn)零電流關(guān)斷。
一般，LLC 諧振變換器借助于第二諧振過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)管的 ZVS 和輸出整流管的 ZCS，故其常工作于欠諧振狀態(tài)下，下面我們以此來(lái)講講。
下圖是欠諧振下的主要波形：
t0~t12 是穩(wěn)態(tài)下一個(gè)開(kāi)關(guān)周期對(duì)應(yīng)的時(shí)間，t0~t6 和 t6~t12 分別對(duì)應(yīng)正負(fù)半周期，正負(fù)半周期實(shí)現(xiàn) ZVS 和 ZCS 的機(jī)理一致的，只是電流的流通路徑相反，所以我們以正半周期聊一下。
①t0~t1
上橋臂兩個(gè)開(kāi)關(guān)管 Q1 和 Q2 同時(shí)開(kāi)通，諧振元件為電感 Lr 和電容 Cr，勵(lì)磁電感 Lm 被輸出負(fù)載鉗位；諧振腔輸入電壓為+Vin/2，則諧振電流按照近正弦規(guī)律快速上升，勵(lì)磁電流正向線性增大；
②t1~t2
t1 時(shí)刻(勵(lì)磁電流上升到和諧振電流相等)，變壓器上傳輸?shù)蕉蝹?cè)的電流減為零，整流管 D5 和 D6 實(shí)現(xiàn) ZCS；勵(lì)磁電感 Lm 也參與了諧振的過(guò)程，此時(shí)的諧振電流和勵(lì)磁電流是同一個(gè)電流，并且以第二諧振頻率發(fā)生諧振直到開(kāi)關(guān)管 Q1 關(guān)斷。為了避免環(huán)流加大電路損耗以及對(duì)變壓器磁飽和的影響，此過(guò)程時(shí)間一般都比較短，所以我們可以認(rèn)為這段時(shí)間內(nèi)諧振電流不變；
③t2~t3
上橋臂的超前管 Q1 在 t2 時(shí)刻關(guān)斷，Q1 上的結(jié)電容 C1 通過(guò)飛跨電容開(kāi)始接受 Q4 上結(jié)電容 C4 的電荷，也就是 uc1 上升，uc4 下降；直到 t3 時(shí)刻 uc1 達(dá)到 Vin/2，使得 D11 導(dǎo)通將其鉗位?？芍_(kāi)關(guān)管上的最大電壓是輸入電壓的一半；
④t3~t4
在 t3 時(shí)刻，uc1=+Vin/2，uc4 下降為 0；在 D11 導(dǎo)通后，諧振腔的輸入電壓變?yōu)?0。
⑤t4~t5
此時(shí)，上橋臂的滯后管 Q2 在 t4 時(shí)刻關(guān)斷，飛快電容 D11 的作用，uc2 上升，uc3 下降，則諧振腔的輸入電壓從 0 逐漸減小為 -Vin/2；同時(shí)受到輸入電壓 Vin 和 uc3 的共同限制，uc2 最大也就是 Vin/2. 由于諧振腔對(duì)外表現(xiàn)為感性，所以當(dāng)諧振腔輸入電壓從零變?yōu)樨?fù)是，諧振電流還是正向的。
⑥t5~t6
上橋臂的滯后管 Q2 在 t5 時(shí)刻完全關(guān)斷，諧振腔的輸入電壓將變成 -Vin/2，由于諧振電流的方向仍為正，那么諧振電流將流過(guò) Q3 和 Q4 的寄生二極管，為其 ZVS 做準(zhǔn)備。則隨著諧振電流的快速變化，勵(lì)磁電感上的電壓將會(huì)大于輸出電壓折算到原邊的電壓，這樣的結(jié)果就是勵(lì)磁電感將會(huì)脫離諧振腔。
今天的內(nèi)容就先聊到這里，希望大家能夠喜歡！發(fā)現(xiàn) PCIM 研討會(huì)上的內(nèi)容有一些跟最近分享有關(guān)的，不知道大家又去聽(tīng)嗎？今天是最后一天了，大家感興趣抓住機(jī)會(huì)去看一下~
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