三相交錯式LLC諧振轉換器設計
LLC串聯諧振轉換器(SRC)自問世以來由于其特殊的性能表現,使其成為非常普遍的拓,特別是其效率和功率密度遠遠優于其它的DC-DC轉換器拓。然而,由于它不包含電感輸出濾波器,而在輸出級僅需一個電容濾波器,因而不可避免地會在輸出電容產生高紋波電流。因此,LLC-SRC可作為高電壓和低電流的理想應用,如PDP持續電源。
本文引用地址:http://www.j9360.com/article/177127.htm當然,它也適用于中電壓和中電流應用,如LCD電源,但必需在輸出級使用許多并聯的極低ESR電容器,以減少輸出紋波電壓,以及輸出電容的電流應力。由于輸出電容的高紋波電流可能導致輸出電容煺化,并降低DC-DC轉換器的使用壽命,最近新開發的兩相交錯式LLC DC-DC轉換器,可望顯著地減少輸出電容中的輸出紋波電流。
理論上,兩相交錯作業的輸出紋波電流大約為傳統轉換器的1/5。然而,這并不足以用于極高電流應用,如電動汽車的功率轉換器、電池充電器或伺服器電源等等。
本文在此提出一種新型叁相交錯式LLC諧振DC-DC轉換器設計。該轉換器包含叁個普通LLC諧振DC-DC轉換器,每個轉換器分別以π/3相位差運作。因此輸出電容的紋波電流得以顯著減小,并且延長轉換器的使用壽命。為了確保所提出轉換器的有效性,本文使用1kW(12V/84A) DC-DC轉換器塬型進行試驗,并展示測試結果,結果證明在低電壓和高電流輸出條件下該方案的有效性。
本文提出的電路架構:叁相交錯式LLC-SRC的電路圖以及等效單相運作的電路圖,如圖1所示,理論波形如圖2所示。兩種諧振電路的組成依照負載狀態:一種是無負載下由Lr、Lm、和Cr組成,另一種是大量負載下由Lr和Cr組成。因此,需要針對兩種不同的諧振頻率分別依照以下公式進行分析:
圖1: 叁相交錯式LLC-SRC。
品質因數(Qs)由以下公式導出:
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在此處,n=N1/N2,Zr1為fs=fr1時的特性阻抗,Ro=Vo/Io。如果開關頻率低于第一個諧振頻率fr1時,次級整流器可以進行軟換向,那么,反向恢退鷙腦蚩梢院雎?。栽懲悼姽高稻岟应渝i跫下輸出電容的紋波電流ΔIc將會極高。我們假設Imax - Imin = ΔIc。那么,紋波電流的比例可按以下公式確定:
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當開關頻率fs = fr1,輸出電流Io由以下公式導出:
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