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  • 三電平全橋LLC電路原理解析
    • 發(fā)布時(shí)間:2024-08-09 17:59:53
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    三電平全橋LLC電路原理解析
    三相模塊的母線(xiàn)電壓可以達(dá)到800V,如果DCDC仍然采用傳統(tǒng)的兩電平拓?fù)洌敲碊C MOS管必須采用1200V耐壓的MOS管。而目前市場(chǎng)上這樣的MOS管型號(hào)非常少,而且很貴。如果采用三電平拓?fù)洌涂梢岳^續(xù)采用600V的MOS管了,型號(hào)豐富,成本也低。
    三電平PWM控制已經(jīng)得到了成熟應(yīng)用,但是傳統(tǒng)的PWM拓?fù)湔w效率低,所以在三電平的基礎(chǔ)上,又采用了LLC拓?fù)洌撏負(fù)鋸某杀尽⑿实确矫娑嫉玫搅撕芎玫募骖櫋?br /> 三電平全橋LLC電路
    三電平全橋LLC主電路拓?fù)?/div>
    電路說(shuō)明:
    1、諧振電感和諧振電容做成兩邊平衡的方式,是因?yàn)轫?xiàng)目組在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)如果是單Lr, Cr模式,MOS驅(qū)動(dòng)信號(hào)容易受干擾,拆成兩邊對(duì)稱(chēng)放置以后,驅(qū)動(dòng)可靠性提高;
    三電平全橋LLC電路拓?fù)涫疽鈭D如圖(圖 五?3)所示,有8個(gè)開(kāi)關(guān)管S1~S8,需要8路驅(qū)動(dòng)信號(hào)來(lái)完成PFM(調(diào)頻)、PWM(調(diào)寬)控制,S1~S8對(duì)應(yīng)的高精度驅(qū)動(dòng)信號(hào)編號(hào)為PWM1~PWM8。
    注:PWM并不單指控制策略采用PWM方式時(shí)的開(kāi)關(guān)信號(hào),也包括PFM方式時(shí)的開(kāi)關(guān)信號(hào)。
    三電平全橋LLC電路
    三電平LLC電路拓?fù)淇驁D
    在此三電平LLC電路控制中,設(shè)計(jì)8路驅(qū)動(dòng)信號(hào)PWM1~PWM8,從(圖 五?4)的發(fā)波時(shí)序圖來(lái)看,這8路驅(qū)動(dòng)有下面的關(guān)系:
    1) PWM1和PWM4,PWM2和PWM3,PWM5和PWM8,PWM6和PWM7相位互補(bǔ)(不考慮死區(qū)時(shí)間Td2和提前關(guān)斷時(shí)間Td1);
    2) PWM1比PWM2提前Td1關(guān)斷,PWM4比PWM3提前Td1關(guān)斷,PWM5比PWM6提前Td1關(guān)斷,PWM8比PWM7提前Td1關(guān)斷;
    根據(jù)控制策略需要,PWM1~PWM8可以實(shí)現(xiàn)高精度PFM/PWM/PSM(或者同時(shí)實(shí)現(xiàn)其中兩個(gè)狀態(tài),如PFM+PWM),在三種控制狀態(tài)(PFM/PSM/PWM)下PWM1~PWM8在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)的輸出波形如圖(圖 五?4)所示,以高電平(或者為低電平)為有效電平,當(dāng)PWMx(x=1~8)為高時(shí)通過(guò)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路使得Sx導(dǎo)通,當(dāng)PWMx為低時(shí)通過(guò)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路使得Sx斷開(kāi)。
    三電平全橋LLC電路
    圖 五 4 高精度驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)序圖
    PFM/PSM/PWM三種工作態(tài)下的特性分別為:
    1) 在PFM狀態(tài)時(shí),通過(guò)環(huán)路控制改變開(kāi)關(guān)頻率f(或者說(shuō)Ts),開(kāi)關(guān)頻率f在100kHz~250kHz之間調(diào)節(jié),占空比固定為50%(不考慮死區(qū)時(shí)間Td2和提前關(guān)斷時(shí)間Td1),相移Tps為0;
    三電平全橋LLC電路
    2) 在PSM狀態(tài)時(shí),通過(guò)環(huán)路控制改變相移Tps,移相功率角在0~100%之間調(diào)節(jié), f固定為最高開(kāi)關(guān)頻率250kHz,占空比固定為50%(不考慮死區(qū)時(shí)間Td2和提前關(guān)斷時(shí)間Td1);
    3) 在PWM狀態(tài)時(shí),通過(guò)環(huán)路控制改變占空比,占空比在0~50%之間調(diào)節(jié), f固定為最高開(kāi)關(guān)頻率250kHz,相移Tps為0。
    圖 五 5 PFM模態(tài)下主要工作原理和波形
    以常用的PFM為例,來(lái)說(shuō)明電路的主要工作原理和波形,如下圖 五?5:
    模態(tài) 1[t0, t1]:在 t0 時(shí)刻,S1、S2、S7、S8同時(shí)開(kāi)通。諧振網(wǎng)絡(luò)中的原邊電流 ip 流經(jīng)上述開(kāi)關(guān)管,并以正弦形式上升。同時(shí)因?yàn)樽儔浩鞲边叡惠敵鲭妷恒Q位,故而勵(lì)磁電流 im線(xiàn)性增加。副邊整流二極管中流過(guò)的電流取決于原邊電流 ip 和勵(lì)磁電流 im之差;
    模態(tài) 2[t1, t2]:當(dāng)原邊電流 ip 諧振過(guò)峰值并下降到和勵(lì)磁電流 im相等時(shí),副邊二極管電流就減小為零,整流二極管 DR1 零電流關(guān)斷;
    模態(tài) 3[t2, t3]:在 t2 時(shí)刻,S1 和 S8 先于 S2和 S7關(guān)斷。原邊諧振電流 ip開(kāi)始對(duì) S1和 S8的寄生電容 COSS1 和 COSS8 進(jìn)行充電,同時(shí)對(duì) S3/S4/ S5/S6 的寄生電容 COSS3 /COSS4/COSS5 /COSS6 放電,因此上述開(kāi)關(guān)管的寄生電容也參與了諧振過(guò)程;
    模態(tài) 4[t3, t4]:在 t3 時(shí)刻,COSS1 和 COSS8上的電壓上升到了 Vin/2,鉗位二極管 D1 和 D4導(dǎo)通,從而限制了電壓進(jìn)一步上升。同時(shí) COSS3+COSS4和 COSS5+ COSS6 上的電壓也被鉗位在Vin/2。此時(shí)原邊諧振電流流經(jīng) S2、S7 和 D1、D4 。
    模態(tài) 5[t4, t5]:在 t4 時(shí)刻,開(kāi)關(guān)管 S2 和 S7關(guān)斷。 與模態(tài) 3 相似, 諧振電流 ip 開(kāi)始對(duì) COSS2和COSS7進(jìn)行充電和對(duì)COSS3+COSS4和 COSS5+ COSS6進(jìn)行放電。所以此階段上述6個(gè)寄生電容也參與了諧振過(guò)程。與此同時(shí) S3/S4 /S5/S6 的寄生體二極管導(dǎo)通,不但提供了電流回路使能量回饋至輸入端,也在變壓器上產(chǎn)生了反向的電壓偏置,使副邊整流二極管 DR2 導(dǎo)通,勵(lì)磁電感 Lm 被輸出電壓鉗位從而脫離諧振網(wǎng)絡(luò)。
    在這一階段結(jié)束的 t5 時(shí)刻,COSS2 和 COSS7上的電壓為 Vin/2, COSS3~ COSS6 上的電壓保持在零,諧振電流 ip 流經(jīng) S3~S6 的寄生二極管,從而滿(mǎn)足了 S3~S6 零電壓開(kāi)啟的條件。此時(shí)如果 S3~S6 的開(kāi)通信號(hào)來(lái)臨,變流器將進(jìn)入后半個(gè)工作周期。
    PSM/PWM工作原理均與PFM類(lèi)似,只是傳能階段的時(shí)間縮小了,即有效占空比減小,這樣便于在最高頻率受限的情況下,迅速的降低輸出電壓。
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