397
直流充电桩的前级电路输出的母线电压在 800V 左右，采用半桥三电平 LLC 电路不仅可以将开关管上承受的电压应力降低为原来的一半，而且在圈电压范围内能实现主开关管的 ZVS(零压开通)和整流二极管的 ZCS(零电流关断)。
今天我们就来聊聊后级 LLC 电路的工作原理。
半桥三电平 LLC 的基本电路拓扑如下图：
谐振腔元件：Lr 是谐振电感，包含线路中的电感和变压器的漏感；Cr 是谐振电容；Lm 是主变压器的励磁电感。C11 和 C12 是分压电容，用来稳定谐振腔的正负输入电压；D11 和 D12 是钳位二极管，实现开关管上的电压能够被钳位在输入电压的一半；C10 是飞跨电容；Co 是输出滤波电容。
LLC 谐振电路根据功能可以划分为方波输入、串联谐振和输出整流滤波三大网络。其中最为关键的部分是串联谐振网络。根据串联电感和电容的谐振特性，可知 LLC 谐振网络具有两个谐振点。第一谐振过程(由谐振电感 Lr 和谐振电容 Cr 单独谐振)、第二过程(由励磁电感 Lm 和谐振电感 Lr 一起和谐振电容 Cr 共同谐振)，构成的谐振频率点分别为：
LLC 电路常用的控制手段是调频和移相控制。其中移相控制保证超前管 Q1 和 Q4 实现 ZVS，但是 Q2 和 Q3 在轻载时难以实现 ZVS，同时二极管还存在反向恢复问题，不利于电路的稳定性和效率，所以移相控制是增大输出电压的范围来作为补充控制。
为了开关管能够实现 ZVS，故要使谐振腔呈现感性状态，其输入的高频方波电压的频率必然会大于谐振点的频率 fr2。根据电路开关频率与谐振频率点 fr1 的关系可以分为三种状态：欠谐振、准谐振和过谐振。在这其中准谐振是电路最为理想的工作状态，即 fs=fr1，此时的电路效率最高，且在半个周期结束时励磁电流 iLM 和谐振电路 iLr 恰好相等，输出整流管电流恰好减小为零，实现零电流关断。
一般，LLC 谐振变换器借助于第二谐振过程来实现开关管的 ZVS 和输出整流管的 ZCS，故其常工作于欠谐振状态下，下面我们以此来讲讲。
下图是欠谐振下的主要波形：
t0~t12 是稳态下一个开关周期对应的时间，t0~t6 和 t6~t12 分别对应正负半周期，正负半周期实现 ZVS 和 ZCS 的机理一致的，只是电流的流通路径相反，所以我们以正半周期聊一下。
①t0~t1
上桥臂两个开关管 Q1 和 Q2 同时开通，谐振元件为电感 Lr 和电容 Cr，励磁电感 Lm 被输出负载钳位；谐振腔输入电压为+Vin/2，则谐振电流按照近正弦规律快速上升，励磁电流正向线性增大；
②t1~t2
t1 时刻(励磁电流上升到和谐振电流相等)，变压器上传输到二次侧的电流减为零，整流管 D5 和 D6 实现 ZCS；励磁电感 Lm 也参与了谐振的过程，此时的谐振电流和励磁电流是同一个电流，并且以第二谐振频率发生谐振直到开关管 Q1 关断。为了避免环流加大电路损耗以及对变压器磁饱和的影响，此过程时间一般都比较短，所以我们可以认为这段时间内谐振电流不变；
③t2~t3
上桥臂的超前管 Q1 在 t2 时刻关断，Q1 上的结电容 C1 通过飞跨电容开始接受 Q4 上结电容 C4 的电荷，也就是 uc1 上升，uc4 下降；直到 t3 时刻 uc1 达到 Vin/2，使得 D11 导通将其钳位。可知开关管上的最大电压是输入电压的一半；
④t3~t4
在 t3 时刻，uc1=+Vin/2，uc4 下降为 0；在 D11 导通后，谐振腔的输入电压变为 0。
⑤t4~t5
此时，上桥臂的滞后管 Q2 在 t4 时刻关断，飞快电容 D11 的作用，uc2 上升，uc3 下降，则谐振腔的输入电压从 0 逐渐减小为 -Vin/2；同时受到输入电压 Vin 和 uc3 的共同限制，uc2 最大也就是 Vin/2. 由于谐振腔对外表现为感性，所以当谐振腔输入电压从零变为负是，谐振电流还是正向的。
⑥t5~t6
上桥臂的滞后管 Q2 在 t5 时刻完全关断，谐振腔的输入电压将变成 -Vin/2，由于谐振电流的方向仍为正，那么谐振电流将流过 Q3 和 Q4 的寄生二极管，为其 ZVS 做准备。则随着谐振电流的快速变化，励磁电感上的电压将会大于输出电压折算到原边的电压，这样的结果就是励磁电感将会脱离谐振腔。
今天的内容就先聊到这里，希望大家能够喜欢！发现 PCIM 研讨会上的内容有一些跟最近分享有关的，不知道大家又去听吗？今天是最后一天了，大家感兴趣抓住机会去看一下~
阅读全文
