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半桥LLC中各种波形的由来

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simon009
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高级工程师
  • 2010-12-23 15:28:24
10问答币
请问,各位朋友。大家有没有关于:“LLC的各个谐振波形的形成由来”的一些资料呢?我看了很多资料都是根据现有波形来分析模态的。。。但又都没有给出为什么会存在那样的波形(指谐振是电容两端的电压波形,谐振回来波形,它们之间的相角等)。
我想了想,如果要分析其波形的产生原理,是否需要从最基本的谐振电路入手呢?请过往的大侠指点。谢谢!!!!
下图是大家经常参考的波形图,但是都没有给出由来。

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    LLC的之所以可以软开关,特别是FSW>FR1,FR1=FSW,FR1>FSW>FR2在这三个区,ST文档中所述内容是针对MOS管来说的,不是ZCS,而是ZVS,因为MOS在开关过程中,开通损耗占很大比例,相反IGBT关断时由于尾拖电流造成的损耗就要比开通过程的损耗大,所以IGBT如果满足ZCS损耗就要小得多。     之所以LLC谐振腔要呈感性,是因为需要电压超前电流(你可以将上管开通时,想象成正弦电压刚好从0°开始加在谐振 ...
hlp330
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  • 2010-12-23 15:44:44
 
波形好熟悉,是来自ST的文档吧,我也想了解呢。
simon009
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高级工程师
  • 2010-12-23 16:02:52
 
恩,是啊。我先去了解,有最新想法及时贴上来 与大家交流。
allen-leon
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  • 2010-12-23 16:45:42
 
你应该有做过LLc吧?
读LLC文章,了解个大概、、
hlp330
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  • 2010-12-23 17:40:54
 
期待楼主继续。。
blueskyy
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  • 2010-12-23 20:48:47
 
阿论是LLC高手,请帮讲讲~
hlp330
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  • 2010-12-23 20:52:18
 
是啊,阿伦帮楼主分析一下各个波形啊
allen-leon
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  • 2010-12-24 10:27:58
 
稀里糊涂的就做出来了。。不知所以然。。谈不上什么手。。而且只做过1次。。
论坛很多人都比我用的好
手曲一指
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高级工程师
  • 2010-12-24 09:23:12
 
我也不知道,LLC到底是调节什么实现调节输出的.因为占空比是不变的,
blueskyy
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总工程师
  • 2010-12-24 09:31:28
 
调整频率~
hlp330
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  • 2010-12-24 09:37:16
 
就是通常说到的PFM模式,和常用的PWM模式有点区别。
blueskyy
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总工程师
  • 2010-12-24 10:02:49
 
从小信号建模分析来看,两者的原理就是天壤之别~
allen-leon
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  • 2010-12-24 10:26:28
 
高人啊,就等你这句啊
用小信号模型分析一下LLC ,
blueskyy
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总工程师
  • 2010-12-24 10:31:05
 
手曲一指
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高级工程师
  • 2010-12-24 10:41:35
 
因为占空比是一样的,不同的频率输出也应该是一样的
hlp330
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  • 2010-12-24 10:46:26
 
占空比定了的话,就只能调频率了,不同的频率输出是不一样的。
blueskyy
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总工程师
  • 2010-12-24 11:07:42
 
为占空比是一样的,不同的频率输出也应该是一样的?
何出此言?
如果是一样的LLC拓扑就要仍进垃圾桶了~
allen-leon
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  • 2010-12-24 11:45:00
 
忘考虑负载了。。
占空比是一样的,不同的频率输出也应该是一样的,这是对的,闭环调节的结果。。
开环时,当你的负载不变,人为调节频率,输出电压就会跟住变化。。
hlp330
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  • 2010-12-24 12:00:43
 
这个结论太过绝对了,17楼的LLC如何分析?
allen-leon
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  • 2010-12-24 13:04:06
 
17楼的图片看不到。
不过对他提出的疑问,我觉得他先搞清楚什么是软开关之后才会好理解LLC。。
simon009
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高级工程师
  • 2010-12-24 22:37:13
 
阿伦,图看不到吗?我都上传了哟。。。
恩,我觉得也是先把软开关弄懂。然后,再分析。。。不过,后面的分析感觉与LLC的控制有关了。。。现在我也说不清楚是什么。。。请见谅。。
hlp330
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  • 2010-12-24 22:45:16
 
ST的资料写的蛮详细的,多看看,会有收获的。
simon009
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  • 2010-12-25 09:49:51
 
恩,谢谢
blueskyy
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总工程师
  • 2010-12-24 12:59:04
 
是在输入信号保持不变的情况下吗?
allen-leon
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  • 2010-12-24 13:02:32
 
是的。输入保持不变
blueskyy
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  • 2010-12-24 13:07:17
 
你说的频率变化仍然可保持输出稳定是对的~
hlp330
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  • 2010-12-24 13:51:39
 
如果输入电流,电压都不变,确实成立。
allen-leon
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  • 2010-12-24 14:39:17
 
输入电流,电压不变
越来越糊涂了,前提条件比较多。。
一般讨论都是输入电压不变,电流的话可能跟负载变化而变化。。
blueskyy
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  • 2010-12-24 14:42:45
 
同意阿论的观点~
hlp330
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  • 2010-12-24 15:32:17
 
如果占空比一定,负载一定,输入条件也一定(电压),频率变动是否可以保证输出的不变?
blueskyy
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总工程师
  • 2010-12-24 15:41:10
 
这个就不可以~
hlp330
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  • 2010-12-24 15:43:21
 
如果是反激TOP,在不饱和的前提下,固定占空比,负载不变,输入电压不变,改变频率,有什么问题?
blueskyy
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  • 2010-12-24 15:48:13
 
问啥呀?
hlp330
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  • 2010-12-24 15:50:35
 
漏了一句,编辑了一下,蓝天兄分析分析
blueskyy
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  • 2010-12-24 15:51:40
 
输出仍然不变呀~
hlp330
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  • 2010-12-24 15:53:21
 
看来27楼的看法,对一些拓扑还是适用的啊
blueskyy
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  • 2010-12-24 15:56:47
 
兄弟,此言差矣~
hlp330
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  • 2010-12-24 15:58:39
 
这样猜想也不是办法,蓝天兄来个总结了。像适用条件,适用TOP。
blueskyy
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  • 2010-12-24 16:04:49
 
PFM 和PWM 输出电压原理不一样呀~
hlp330
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  • 2010-12-24 16:09:49
 
呵呵,这个是根本原因。
blueskyy
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总工程师
  • 2010-12-24 16:11:08
 
simon009
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高级工程师
  • 2010-12-24 22:26:06
 
恩,蓝天说得在理。。。
simon009
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高级工程师
  • 2010-12-24 11:11:14
 
看了看各位大师的回复,觉得说得都不错。小弟,我在这儿就补充一点。。。另外,提出一些很低级的问题,希望大家能帮忙解答。

首先:LLC的核心思想,是通过f(频率)实现稳压原理。请看下图


这在郭春明大师的PPT上有详解了,这里小弟就不重复了。。。

其次,LLC是如何实现软开关的呢??
这里提到一点,即开关频率一定要大于最小谐振频率(即由Cr和Ls、Lp的谐振频率); 为什么呢?因为,这里必须保证这个谐振网络为感性负载(电感的阻抗大于电容的阻抗)。。。为什么要这样呢? 看下面的图:


下面,来解析下这个图。 设左边最端点处的为零点(图中为标出),则
由FHA可知,在半桥中点的电压可以等效为 Vs=(2Vin/pi*sinw1t) ; 由于负载成感性,那么电流必将滞后电压,,即Ip=A*sin(w1t-a),,,A表示一个常数,a为滞后的相位。 这样,在零电压即VS=0的时候,流过Mos管的电流为负值即通过体二极管。这个时候,驱动MOS管,则能实现开关零损耗;;;至于关断呢??看上图,可知,上管关断时,MOS管有正向电流通过,然后由于MOS管两端并接了缓冲电容,故使得电压缓慢降低,从而实现了软开关的作用。。。电容存储的能量,在下一周期会返回到DC电源中去。。

这样,知道了电流Ip的波形,就不难理解ST公司给出的那个波形了。。。
见下图中,谐振电流与谐振电容的电压波形刚好相差90‘。。。
且,开关导通时,电流为负向导通了。。。



最后,问题是。。上图中,为何选择在谐振电流与励磁电流相等的地方驱动MOS管呢??、这个点,又是如何控制的呢???
hznx123
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高级工程师
  • 2010-12-24 21:50:37
 
关注学习!
peterchen0721
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  • 2010-12-25 10:55:22
 
藍色是諧振槽電流(事實上用電流棒只能量到這個波形),紅色為激磁電流波形(量不到的)。如果開關頻率(透過回授控制或是強制控制也可以)跟Lr、Cr零件諧振頻率相等時它就會剛好接在那一點上,因為此時Q=1、GAIN=1負載大小與頻率無關。也就是說一直把頻率強制停在這一點藍色就會隨這輸出電流大小變化與激磁電流也無關。激磁電流因為Lm遠大於Lr所以在這裡會被認為是直線(其實是Lm、Cr諧振頻率很低),因此輕載頻率高時就會發現是由激磁電流所主導。以上提供參考。
hlp330
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  • 2010-12-25 10:57:49
 
是不是可以这样说:如果我们改变激磁电流的大小的话,是不是同样也改变了轻载的频率?
peterchen0721
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副总工程师
  • 2010-12-26 09:55:16
 
頻率決定於控制IC跟變壓器無關,也就是說"人"不把空載頻率先預設出來光改變壓器是無效的,但是即使把IC頻率設高後如果超出閉迴路調控範圍依然是無解的。所以說想要重載輕載都兼顧要下一點技巧的。以上提供參考
blueskyy
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  • 2010-12-26 13:51:23
 
頻率決定於误差放大器的控制输出,与变压器没有半分钱的关系~
hlp330
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  • 2010-12-26 14:05:15
 
误差放大器的控制输出又是由什么决定的呢?输出电压或者电流吧,还是和变压器扯上关系了。还是有半分钱的关系啊。
blueskyy
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  • 2010-12-26 14:21:20
 
实际输出和基准的偏差(或者偏差的历史总结)决定误差放大器的控制输出~
hlp330
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  • 2010-12-26 14:25:01
 
在设计LLC变压器的时候,还有一点就是,通过控制变压器的圈比,感量,漏感,以及谐振电容C,是可以左右最大的频率的。
blueskyy
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  • 2010-12-26 14:34:09
 
可以左右最大的频率的,这个我完全同意~
peterchen0721
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  • 2010-12-27 09:38:48
 
想要"左右"最大頻率要看諧振槽的結構,如果是做成內含Lr形式才有可能透過n(圈比)來影響(決定吧),假如是外掛Lr還是由人透過IC來決定一切(千萬不要說IC的不是),因為完全空載時已經脫離可控範圍所以一切都由人決定。以上提供參考
blueskyy
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总工程师
  • 2010-12-27 09:43:45
 
如果不在意的话,建议兄台输入法切换到简体吧,繁体字看的不习惯~
peterchen0721
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LV8
副总工程师
  • 2010-12-27 11:09:11
 
哈哈,要請大俠見諒啦。我的電腦無法切換成簡體字。還好論壇可以接受繁體字不然只能當一個無聲旁觀者。可能請網管老大想想辦法是否能變一個按鍵出來按一下就能簡繁變換。
allen-leon
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  • 2010-12-27 13:55:46
 
你安装一下搜狗输入法吧,很容易切换简/繁..
hlp330
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  • 2010-12-27 09:47:44
 
老兄这个说法完全正确。
前段时间做LLC的时候就发现这个问题了。
在采用变压器的漏感来做的时候,也就是內含Lr,空载没有任何问题。
但是一旦采用外置电感做漏感的话,空载电压就会不稳定,怎么也调不好。
allen-leon
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  • 2010-12-27 10:01:37
 
那空载输出不稳定后来是怎么搞定的??
hlp330
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  • 2010-12-27 10:07:48
 
幸亏输出的空载损耗是很高,最后增大了假负载来解决问题的。那个时候用的是L6599,不知道现在其他的IC是否可以解决这方面的问题。
allen-leon
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  • 2010-12-27 13:56:29
 
直接就不要burst mode了。。
hlp330
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  • 2010-12-27 14:01:48
 
这个是考虑到0.3W的待机功耗问题,不用BURST模式,功耗是否可以做到呢?
allen-leon
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  • 2010-12-27 16:08:55
 
很难。。
你不是说增大了假负载没?还是在burst mode工作??
hlp330
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  • 2010-12-27 16:12:29
 
是在burst mode了,但是电压的变动幅度可以达到客户的要求了,客户对空载的电压也没有什么特殊的要求,不然的话,就只能改版了。
simon009
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高级工程师
  • 2010-12-25 21:59:37
 
“如果開關頻率(透過回授控制或是強制控制也可以)跟Lr、Cr零件諧振頻率相等時它就會剛好接在那一點上”
这句话,我觉得有点问题啊。。。因为,不管开关频率大于等于还是小于Lr,Cr的谐振频率时,仍然会存在励磁电流与谐振电流相接点啊。。。不对处,还请指正,学习了。谢谢
peterchen0721
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LV8
副总工程师
  • 2010-12-26 10:09:41
 
想表達的意思是回答樓主詢問諧振點波型的疑問,我的理解是看到正弦波就是Q=1所以當Fsw=Fr時Ir與Im就會無縫接軌形成弦波(雖然Im只負責ZCS那一小段)。如是Fsw>Fr Im電流會被提早砍頭,如是Fsw<Fr Im電流會凸出形成平台。因此只有Fsw=Fr跟Fsw<Fr才有"相接"的情形。以上提供參考。("相接"??電流一定是連續的只差接的好不好看而以)
simon009
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高级工程师
  • 2010-12-26 10:54:06
 
恩,说得不错。我再想想·~还是有些地方我不明白。我想清楚了,再提出来吧。
simon009
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高级工程师
  • 2010-12-30 15:32:54
 
大师,你好!最近,对LLC又做了些分析。现简单阐述如下,希望能清楚表达我的观点与问题。当然,也希望你能不腻赐教。。在此先谢过了~~~

首先,来开关频率小于最小频率的情况,即fsw<fr2. 这个时候,整个谐振网络呈容性负载,故谐振电流超前输入电压。使得开关不能实现ZCS。具体请看下图图一,问题也见于图一中。


图一,fsw<fr2(容性负载时)

其次,当开光频率在两个谐振频率之间时,即 fr2<fsw<fr1. 这个频率的波形如图二所示,分析与提问也见于图二。


图二,fr2<fsw<fr1

再次,当开关频率等与第一个谐振频率时。其分析见于图三。


图三,fsw=fr1

最后,当开关频率大于第一个谐振频率时。这个时间,励磁电感也要参与谐振过程了。对这一分析,有所疑问。请见图四。


图四、fsw>fr1
以上,是我对整个频率范围内的波形的理解与疑问。。请大师指点。谢谢!!!
20020672
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高级工程师
  • 2010-12-30 16:23:14
 
LLC的之所以可以软开关,特别是FSW>FR1,FR1=FSW,FR1>FSW>FR2在这三个区,ST文档中所述内容是针对MOS管来说的,不是ZCS,而是ZVS,因为MOS在开关过程中,开通损耗占很大比例,相反IGBT关断时由于尾拖电流造成的损耗就要比开通过程的损耗大,所以IGBT如果满足ZCS损耗就要小得多。
之所以LLC谐振腔要呈感性,是因为需要电压超前电流(你可以将上管开通时,想象成正弦电压刚好从0°开始加在谐振腔里),一旦呈感性,则谐振腔的电流在上管开通前的流通方向是负的,正是因为这个负电流,才能给上管放电、下管充电,使得上管MOS两端的电压为0,开通前为0了,那么开通时便实现了ZVS。如果呈容性,同理可知上管开通前,谐振腔电流方向为正,下管靠体二极管来续流,上管截止,当开通的时候,下管体二极管由于反向恢复时间的存在,有可能会使母线电压短路,从而炸管。但是可以利用此特性,在上管关断前,谐振腔电流为负,实现ZCS,使得IGBT也可以适用LLC此类拓扑。
你在图二,fr2<fsw<fr1提出的问题,当谐振腔电流与励磁电流相等后,此时没有电流流入“理想”变压器初级绕组内,所以初级绕组并未被钳位到nVo,此时励磁电感就呈现出电感的性质,所以此时谐振频率将改变成“L+L+C”,所以电流波形是一个斜坡(其实是一段曲线,因为是正弦波的一小段,所以次边电压为一条斜线,二阶的导数是一阶,就是一条线性的斜线)。
当fsw>fr1时,此时励磁电感并不参与谐振!图中电流波形之所以会突然被拉下来,是因为上管关断后,励磁电流与谐振电流仍不相等,所以励磁电感两端电压会被钳位在nVo,而此时谐振电容上有电压,所以电流会呈现(Vc-nVo)/Lr的斜率下降,谐振电流被“拉”到与励磁电流相等。
simon009
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高级工程师
  • 2010-12-30 17:04:37
 
请问:1,ST文档中所述内容是针对MOS管来说的,不是ZCS,而是ZVS。
这点怎么体现呢??貌似分析给出的是ZCS啊??所说的ZVS是指零电压开通吗?
2.图中,为什么二极管的耐压应力为正负40v呢?
3.图二的问题,经过你的讲解我明白了。谢谢;另外,那个拉的原因也明白了。谢谢
20020672
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高级工程师
  • 2010-12-30 17:10:51
 
MOS管是ZVS,这样才有意义,ST文档中出现的ZCS,是指次边二极管,没有反向恢复损耗,当FSW>Fr1时,次边二极管的反向恢复时间造成的损耗会增大。
simon009
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高级工程师
  • 2010-12-30 22:52:39
 
恩,明白了。谢谢!!!
不过,你对二极管的波形怎么解释呢?麻烦了
20020672
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高级工程师
  • 2010-12-31 10:13:06
 
ST文档中二极管的波形,并不是指二极管2端的波形,而是指次边对应绕组的波形。你比较下次边电流波形就可以知道了,当次边绕组输出使得其中一只二极管正偏的时候,便会有电流流过。如果是二极管两端的波形,在导通的时候怎么会有那么大的电压呢?
simon009
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高级工程师
  • 2010-12-31 21:12:39
 
恩,这样解释就理清了。谢谢!!!
peterchen0721
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副总工程师
  • 2010-12-31 10:21:38
 
可以這樣想激磁電流是不會轉換到二次側的,因此一次側低於激磁電流的部份完全由激磁電流控制只會停留在一次側,這樣再去看二極體電流就會明白(DCM Q>1、CRM Q=1、CCM Q<1)。以上提供參考。
simon009
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高级工程师
  • 2010-12-31 21:15:29
 
其实,我对Q的研究没有开始。所以,现在还不能领会。。。不过,接下去就是DC特性的分析了。到时不懂得,再向你请教吧。谢谢了!!
jiekou514
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LV8
副总工程师
最新回复
  • 2016-6-3 17:36:27
  • 倒数1
 
楼主,能帮忙看下我这个谐振波形和下管的DS波形,是不是实现了ZVS呢?
13857857226671611.jpg
weishanpo
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初级工程师
  • 2011-1-3 21:16:09
 
说得蛮好的,不过听得不怎么懂
,还在学习中
手曲一指
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高级工程师
  • 2010-12-26 14:00:11
 
能不能列个公式说明输出与哪些项有关?这个图太小,看不清楚,软开关我是明白的,谢谢
simon009
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高级工程师
  • 2010-12-28 16:02:32
 



不好意思,这段时间在做一些杂事,所以一直没有回复。。
上面的增益,G(f)就是Vout与Vin的比值,即LLC的DC特性。
simon009
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LV6
高级工程师
  • 2010-12-30 15:37:03
 
小弟我最新的想法与问题,在68楼贴出。。望过往的大师,能移步到68楼一起讨论。谢谢!!!
zhunge2007
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助理工程师
  • 2011-1-3 10:59:47
 
好东西,留下来学习。
yaopeng
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助理工程师
  • 2011-1-6 16:18:46
 
经典分析,好好学习下。
simon009
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LV6
高级工程师
  • 2011-1-12 10:28:41
 
二、再抛出一个话题
LLC半桥的基本原理:是通过频率调整,起到稳压作用。那么,请问如何起到恒流作用呢?一定要在输出级再加一个恒流电路来稳定电流吗?能不能直接实现恒流控制呢?

首先,请看三种情况下的电流波形。

wangsx0904
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本网技师
  • 2011-1-12 11:08:04
 
工作频率怎样计算
simon009
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LV6
高级工程师
  • 2011-1-12 13:03:40
 
工作频率,按照你的输出功率来计算的。额定功率下,有一定工作频率。当负载发生变化时,输出功率发生变化,因而工作频率也就发生变化了。。。
cdzx11
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总工程师
  • 2011-1-12 15:45:44
 
突然有点想写一个程序,用差分的方式来模拟LLC,只是不知道这个工作量到底有多大
simon009
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LV6
高级工程师
  • 2011-1-12 17:54:41
 
还是第一次听说啊。。愿闻其详!!!
cdzx11
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LV10
总工程师
  • 2011-1-12 18:24:56
 
就是选取一个很小的时间dt,根据L、C的当前状态计算dt之后的状态。
实际上就是把连续时间的微分方程,用固定时间间隔的差分方程来近似,只要时间间隔足够小,精度应该是足够的。
我是看LLC的元件不是很多,所以觉得似乎可以做到。
simon009
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LV6
高级工程师
  • 2011-1-13 10:54:28
 
原理应该没有错,不知道兄台如何实现呢???请教~~~
cdzx11
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LV10
总工程师
  • 2011-1-13 13:45:05
 
说实话,这个问题真还不是太好回答。
简单说的话,每个元件都有一个参数,而储能元件(电感、电容)还有一个表示当前状态的数值。对于电容来说,必须有一个数值表示容量,一个数值表示当前电压;电感有一个数值表示电感量,一个数值表示电流。
从t0开始,电感、电容都要赋一个初值,比如零,然后计算网络状态。对于电感来说,考虑成电压驱动的,根据公式di=dt×U÷L计算出电1流增量di,电流增量加上原来的初始值,作为下一时刻t1的当前值;而电容,则用电流驱动,用同样方法计算出下一时刻的当前值;其他元件(比如电阻)则只用来做为计算电感电压、电容电流的参数。
从t0开始,逐次计算t1、t2……的状态,这就是数字模拟的基本方法。
simon009
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LV6
高级工程师
  • 2011-1-13 14:04:27
 
恩,在理。
不过硬件上,你用什么芯片呢?DSP或者其他吗~~~
cdzx11
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LV10
总工程师
  • 2011-1-13 14:13:33
 
汗!
干嘛用DSP?当然是在PC上弄,PC多方便啊,直接把模拟的结果显示出来就是了。
simon009
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高级工程师
  • 2011-1-13 18:36:23
 
嘿嘿,我知道你的意思了~~~~学习了!
feng89570
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本网技师
  • 2011-4-13 15:10:34
 
强烈学习了 哈哈
michson
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高级工程师
  • 2011-4-3 14:04:47
 
请教个问题



上图原理t0时刻,Q1导通,谐振电流为什么是反向流通Q1?

到t1时刻,谐振电流是怎么变正向流过Q1?



haha1
  • haha1
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  • 2011-4-6 16:19:28
 
关注
ctus220
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高级工程师
  • 2011-4-7 16:52:47
 
帮你发的http://www.21dianyuan.com/bbs/33144.html
我也想知道这问题
simon009
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高级工程师
  • 2011-4-7 17:35:51
 
这是因为,如果你将整个变压器一侧看成一个负载如17楼所示,那么由于负载成感性;从而导致电流滞后电压,表现在实践电路中,就是Q1开通时,电流反向通过Q1管,这样使得Q1两端的电压为零,即实现了ZVS。。。至于,t1时刻,就是经过一段时间后,变化方向了。
Feling
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恩,关于这个,我在电源网也见有一个大师讲解过,做个记号
jim2228887
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  • 2011-5-5 14:45:54
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好技术。。。学习了。
zhufdf
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本网技师
  • 2011-6-6 15:30:42
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学习了啊
fgdzypf
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副总工程师
  • 2012-2-18 17:29:47
  • 倒数5
 
学习了,非常感谢楼主
xianfjq
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高级工程师
  • 2012-2-19 23:47:07
  • 倒数4
 
留个爪,以后拜读!
waterayay
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高级工程师
  • 2012-6-5 23:28:39
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好东西
danielliew
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学习了,顶一下!
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