llc諧振轉(zhuǎn)換器是led tv的主功率級(jí)拓?fù)渲唬啾绕渌D(zhuǎn)換器具有更多優(yōu)勢(shì)，但因?yàn)槠湓O(shè)計(jì)復(fù)雜困難，所以在過(guò)去很少受到關(guān)注。不過(guò)，這幾年間，ic制造商已開發(fā)出用于 llc 諧振轉(zhuǎn)換器的控制器，而且發(fā)表了許多相關(guān)技術(shù)說(shuō)明和設(shè)計(jì)工具，讓其設(shè)計(jì)變得更容易，并使得這種技術(shù)獲得更多的關(guān)注。llc諧振轉(zhuǎn)換器已經(jīng)成為 led tv最流行的主功率級(jí)拓?fù)洹lc諧振轉(zhuǎn)換器的出色優(yōu)點(diǎn)有： 　a) 在整個(gè)負(fù)載范圍(包括輕載)下都是以zvs (zero voltage switching, 零電壓開關(guān))條件工作，從而實(shí)現(xiàn)高效率; 　b) 工作頻率變化范圍比較窄，便于高頻變壓器和輸入濾波器的設(shè)計(jì); 　c)初級(jí)端所用開關(guān)的電壓應(yīng)力被鉗位在輸入電壓上，而次級(jí)端兩個(gè)二極管上的電壓始終等于中心抽頭變壓器輸出電壓的兩倍。

llc諧振轉(zhuǎn)換器一般包含一個(gè)帶mosfet的控制器、一個(gè)諧振網(wǎng)絡(luò)和一個(gè)整流器網(wǎng)絡(luò)?？刂破饕?0%的占空比交替為兩個(gè)mosfet提供門信號(hào)，隨負(fù)載變化而改變工作頻率，調(diào)節(jié)輸出電壓vout，這稱為脈沖頻率調(diào)制(pfm)。諧振網(wǎng)絡(luò)包括兩個(gè)諧振電感和一個(gè)諧振電容(l-l-c)。諧振電感 lr、lm 與諧振電容cr 主要作為一個(gè)分壓器，其阻抗隨工作頻率而變化(如式1所示)，以獲得所需的輸出電壓。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，諧振網(wǎng)絡(luò)可由一個(gè)采用分段骨架(sectional bobbin)的集成式變壓器的磁化電感l(wèi)m 與漏感l(wèi)lk 構(gòu)成。而整流器網(wǎng)絡(luò)對(duì)諧振網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的正弦波形進(jìn)行整流，然后傳輸?shù)捷敵黾?jí)。 　式2給出了采用實(shí)際變壓器時(shí)，llc諧振轉(zhuǎn)換器的電壓轉(zhuǎn)換比。在式2中可觀察到兩個(gè)諧振頻率。一個(gè)由lp 和 cr 決定，記為ωp，另一個(gè)由lr 和 cr決定，記為ωr。利用這個(gè)公式，可獲得llc諧振轉(zhuǎn)換器隨頻率和負(fù)載變化的增益特性曲線，每條曲線上以符號(hào)‘+’標(biāo)注的最高值被稱為‘峰值增益’，位于兩個(gè)諧振頻率ωp 和 ωr 之間。當(dāng)輸出負(fù)載越來(lái)越大時(shí)，峰值增益值逐漸減小，其位置向更高頻率移動(dòng)。同時(shí)，以符號(hào)‘×’標(biāo)注的ωr時(shí)的諧振增益卻是固定的，不隨輸出負(fù)載的變化而變化。增益曲線說(shuō)明在 zvs狀態(tài)下，隨著諧振網(wǎng)絡(luò)的工作頻率增加，增益減小，輸出電壓降低。

CLLC諧振變換器作為一種高效的電力轉(zhuǎn)換裝置，在車載OBC系統(tǒng)、光電、通信以及新能源發(fā)電等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。其獨(dú)特的雙向?qū)ΨQ結(jié)構(gòu)和靈活的控制策略，使得它能夠?qū)崿F(xiàn)電能的雙向流動(dòng)(即充電和放電)，并具備高效率、寬負(fù)載變化范圍內(nèi)工作特性優(yōu)良等特點(diǎn)。

一、CLLC諧振變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

CLLC諧振變換器主要由開關(guān)電路、諧振電路以及整流電路三部分組成。其結(jié)構(gòu)完全對(duì)稱，能量通過(guò)原邊開關(guān)進(jìn)行逆變，然后通過(guò)變壓器傳遞到副邊，實(shí)現(xiàn)電氣隔離，并在副邊進(jìn)行整流，產(chǎn)生輸出電壓。由于變壓器的匝比設(shè)計(jì)為1:1，因此反向的運(yùn)行和正向運(yùn)行完全一致。

1.1 開關(guān)電路

開關(guān)電路通常由多個(gè)開關(guān)器件構(gòu)成，例如全橋或半橋逆變電路。在全橋結(jié)構(gòu)中，開關(guān)器件S1~S4構(gòu)成全橋逆變電路，負(fù)責(zé)將直流電轉(zhuǎn)換為交流電。這些開關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷由控制算法決定，以實(shí)現(xiàn)特定的電壓和電流波形。

1.2 諧振電路

諧振電路包含諧振電感Lr、諧振電容Cr以及勵(lì)磁電感Lm，并與變壓器原邊連接。諧振電路的設(shè)計(jì)決定了變換器的諧振頻率和工作特性。在CLLC諧振變換器中，諧振電感和諧振電容的選取尤為重要，它們共同決定了變換器的諧振特性，如諧振頻率、電壓增益等。

1.3 整流電路

整流電路位于變壓器副邊，通常由二極管或其他整流元件構(gòu)成。在CLLC諧振變換器中，整流電路通常采用全波不控整流方式，將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，供負(fù)載使用。

二、控制原理

CLLC諧振變換器的控制原理主要基于諧振特性和開關(guān)頻率的調(diào)節(jié)。通過(guò)控制開關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓和電流的控制。由于CLLC諧振變換器的結(jié)構(gòu)完全對(duì)稱，因此只需要控制輸入側(cè)V1的大小就可以控制V2輸出側(cè)的大小，進(jìn)而控制輸出電壓。

2.1 諧振特性

CLLC諧振變換器具有兩個(gè)諧振頻率：一個(gè)是由諧振電感Lr、諧振電容Cr與勵(lì)磁電感Lm諧振產(chǎn)生的第一諧振頻率fm，另一個(gè)是由諧振電感Lr與諧振電容Cr產(chǎn)生的第二諧振頻率fr。這兩個(gè)諧振頻率將變換器的工作區(qū)間分為三段：fsfr。在不同的工作區(qū)間內(nèi)，變換器的工作特性和電壓增益會(huì)有所不同。

2.2 開關(guān)頻率調(diào)節(jié)

通過(guò)調(diào)節(jié)開關(guān)頻率fs，可以改變變換器的工作模態(tài)和電壓增益。在欠諧振模式(fmfr)下，變換器的工作特性和電壓增益會(huì)有所不同，需要根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景選擇合適的工作模式。

三、調(diào)制方式

CLLC諧振變換器常用的調(diào)制方式包括脈沖頻率調(diào)制(PFM)、移相調(diào)制(PSM)以及脈沖寬度調(diào)制(PWM)。由于LLC變換器的諧振特性，脈沖頻率調(diào)制(PFM)方式最為常用。

3.1 脈沖頻率調(diào)制(PFM)

PFM調(diào)制方式通過(guò)改變開關(guān)頻率fs來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓。當(dāng)輸出電壓升高時(shí)，減小開關(guān)頻率fs以降低電壓增益;當(dāng)輸出電壓降低時(shí)，增大開關(guān)頻率fs以提高電壓增益。PFM調(diào)制方式具有控制簡(jiǎn)單、效率高的優(yōu)點(diǎn)，但環(huán)路響應(yīng)速度較慢，且存在雙極點(diǎn)問(wèn)題，不容易穩(wěn)定。

3.2 移相調(diào)制(PSM)

PSM調(diào)制方式通過(guò)改變?cè)吅透边呴_關(guān)器件之間的相位差來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓。在PSM調(diào)制方式下，原邊和副邊開關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間存在相位差，通過(guò)調(diào)整這個(gè)相位差可以改變輸出電壓。PSM調(diào)制方式具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快、控制精度高的優(yōu)點(diǎn)，但實(shí)現(xiàn)起來(lái)較為復(fù)雜。

3.3 脈沖寬度調(diào)制(PWM)

PWM調(diào)制方式通過(guò)改變開關(guān)器件的占空比來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓。在PWM調(diào)制方式下，開關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間由PWM信號(hào)控制，通過(guò)調(diào)整PWM信號(hào)的占空比可以改變輸出電壓。PWM調(diào)制方式具有控制靈活、易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，但在高負(fù)載和高壓情況下可能會(huì)產(chǎn)生較大的開關(guān)損耗。

CLLC諧振雙向DC變換器由兩個(gè)橋臂組成，每個(gè)橋臂上分別有一個(gè)磁性元件和一個(gè)電容。通過(guò)控制開關(guān)管的開關(guān)狀態(tài)，變換器可以實(shí)現(xiàn)能量在兩側(cè)的雙向傳輸。當(dāng)開關(guān)狀態(tài)改變時(shí)，交流電源會(huì)將能量傳輸?shù)诫娙萜骱痛判栽小．?dāng)能量需要從輸出端傳輸?shù)捷斎攵藭r(shí)，電容和磁性元件從能量?jī)?chǔ)能狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰酷尫艩顟B(tài)。CLLC諧振雙向DC變換器具有低開關(guān)損耗、高效率、小體積等優(yōu)點(diǎn)。此外，它還具有流通電流小、電壓應(yīng)力低等特點(diǎn)。合適的諧振頻率可以有效降低開關(guān)損耗和電磁干擾。根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)景，選擇合適的控制策略可以提高系統(tǒng)的性能。例如，PWM調(diào)制技術(shù)在實(shí)現(xiàn)高效率的同時(shí)可以有效降低電磁干擾和噪音，而電流控制技術(shù)則可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電路的精確控制。

CLLC諧振雙向DC變換器適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景，如電力系統(tǒng)、工業(yè)自動(dòng)化、交通運(yùn)輸、通信和醫(yī)療設(shè)備等。在電力系統(tǒng)中，它可以用于電力傳輸和分配，實(shí)現(xiàn)電能的高效轉(zhuǎn)換和控制。在工業(yè)自動(dòng)化中，它可以用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)和控制電器，提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量。在交通運(yùn)輸中，它可以用于電動(dòng)汽車和軌道交通系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)能量的高效傳輸和控制。在通信和醫(yī)療設(shè)備中，它可以用于電源和電路控制，提高設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性。

總之，CLLC諧振雙向DC變換器是一種高效、可靠、先進(jìn)的電力轉(zhuǎn)換裝置，具有廣泛的應(yīng)用前景。在未來(lái)的發(fā)展中，它將繼續(xù)發(fā)揮重要作用，推動(dòng)電力電子技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展。