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LLC变换器基础:基波分析

2026-04-24 17:42
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LLC谐振变换器的原理图,如图1所示,输入电压为Vin,输出电压为Vo,输出负载电流为Io,变压器初级绕组Np与次级绕组Ns匝比n=Np:Ns。Lm为变压器初级励磁电感,Lr为谐振电感,Cr为谐振电容。3bfa9366968506d9aaaae09cdc30b2.jpg

图1  LLC变换器原理图

1、谐振环输入电压基波

初级开关管上管Q1、下管Q2交替导通时,Q1导通,Q2关断,开关节点电压为Vin,输入电压加到谐振环,输入电源通过谐振环向输出传输能量;Q1关断,Q2导通,开关节点电压为0,储存在谐振环能量继续向输出传输能量,工作波形如图2所示。

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(a)  上管Q1导通,下管Q2关断


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(b)  上管Q1关断,下管Q2导通


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(c)  开关节点波形


图2  开关节点波形

开关节点VSW电压波形是周期正脉冲方波,幅值为Vin,对应的基波函数表达为:

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基波峰值为:

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图3  开关节点波形及基波


全桥LLC变换器常应用于大功率输出,如图4所示,谐振环输入电压与半桥LLC不同,谐振环输入电压为周期交流方波,幅值为±Vin。


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图4  全桥LLC变换器原理图

周期交流方波,幅值为±Vin,对应的基波函数表达为:

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基波峰值为:

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2、变压器初级绕组电压基波

LLC变换器次级二极管D1导通、D2关断,变压器次级绕组电压为输出电压Vo,其反射到变压器初级绕组电压为Vp,Vp=nVo,上正下负;同样,次级二极管D2导通、D1关断,次级绕组电压仍为Vo,其反射到变压器初级绕组,方向与前面相反,Vp=-nVo,上负下正。D1、D2交替导通时,变压器初级绕组电压Vp为周期交流方波,幅值为±nVo,如图5所示。对应的基波函数表达式为:

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基波峰值为:

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(a) D1导通,D2关断


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(b) D1关断,D2导通


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(c) 变压器初级绕组波形


图5  变压器初级绕组波形及基波


3、变压器初级与次级绕组电流

LLC变换器的变压器次级二极管输出电流为正弦交流整流半波,平均值为输出负载电流Io,那么,变压器次级二极管输出正弦交流整流半波峰值为:

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变压器次级二极管输出正弦交流整流半波,反射到初级电流峰值为:

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LLC变换器,相关的工作波形如图6所示。

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图6  LLC变换器工作波形


4、电压电流基波汇总

忽然高次谐波,只考虑基波作用,因此,LLC变换器谐振环所加的输入电压为开关节点电压基波:

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变压器初级绕组电压基波为:

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变压器次级绕组电压基波为:

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变压器次级绕组电流为:

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变压器初级绕组电流为:

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LLC变换器基于基波的谐振环电路简化模型,如图7所示。

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图7  LLC变换器谐振环简化模型


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