【对LLC运行过程中励磁电流的理解】

本文解释了LLC全桥拓扑中励磁电流在有负载时为何会被电压钳位,并探讨了变压器在能量传输中的作用以及它与电感的区别。作者引用了南航论文《LLC谐振变换器PWM控制策略和同步整流技术的研究》进行详细分析。

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图1 LLC全桥拓扑

LLC拓扑如图1所示,其运行过程如图2所示,VAB为桥臂中点电压,i𝑟为谐振电流,im为励磁电流,iD为副边二极管电流。

图2 LLC运行过程

笔者在看这个拓扑的时候,最不理解的就是励磁电流在输出电压在副边导通的情况下为什么会被箝位,并且以一定的斜率增减。

图3 磁棒绕线原理示意图

将变压器的磁芯等效为一个磁棒,对原边施加电压,产生励磁电流i0,方向假设如图3所示,产生励磁磁通𝜙1,作为磁芯中的主磁通。此时由于E=∆𝜓/∆t,在副边产生电压E,在空载时无电流产生,磁芯中仅有𝜙1。

图4 副边带负载示意图

在副边接入负载后产生电流is,is在磁芯中产生与𝜙1方向相反的副边磁通𝜙22,与由于副边电流引起原边产生的磁通𝜙11,两者大小相等方向相反(磁平衡)。

其中励磁电流i0不参与能量传递,仅用于形成能量传输的感应关系(产生𝜙1)。

图5 副边被电压钳位示意图

在LLC谐振变换器运行过程中,当谐振电流较大,导致副边二极管导通时,副边可等效看作接入一个电压源。Phi1(𝜙1)为励磁磁通,Phi22(𝜙22)为副边接入电压产生的磁通,phi11(𝜙11)为由副边电流引起的初级线圈产生的磁通,且𝜙11=𝜙22。

副边电流对原边感应出的电流即为im,最终输入原边的电流为谐振电流ir与励磁电流im的差值。由于E=N\frac{\Delta\phi }{\Delta t},则\frac{U_{p}}{U_{s}}=\frac{N_{p}}{N_{s}},此时:

V_{Lp}=-NU_{s}

i_{m}=\frac{V_{Lp}}{L_{p}}\cdot t

参考:

LLC的拓扑图与运行过程波形图取自南航论文《LLC谐振变换器PWM控制策略和同步整流技术的研究》,作者管松敏

为什么变压在被动地传输能量?它和电感的工作原理有何异同?如何认识电源中的变压器? - 知乎 (zhihu.com)

<think>好的,我现在需要帮用户查找LLC开关电源的运行程图和工作原理图。首先,用户提到了他们之前的引用资料,虽然那些引用主要是关于PFC-LLC电源的设计方案和工作原理的详细描述,但没有直接提到程图。不过,我需要从这些引用中提取相关信息来构建程图。 根据引用[3],LLC开关电源在t0到t1阶段,Q1和Q4导通,电流路径如红线所示,此时谐振电感电流大于励磁电电流,有输出电流。到了t1时刻,两者电流相等,这个阶段结束。这说明工作过程分为不同的时间段,每个时间段对应不同的开关状态和电流路径。可能需要将每个时间段的状态绘制成程图中的步骤。 引用[4]提到LLC谐振变换器适用于高变比和宽增益范围的应用,相比其他拓扑结构如移相全桥,LLC在效率和软开关方面有优势。这可能涉及到LLC的工作模式,比如频率调制如何调节输出电压,这也是程图需要展示的部分。 接下来,我需要整理LLC的基本工作阶段。通常LLC的工作模式包括开关管的交替导通、谐振过程、能量传递阶段等。例如,半桥LLC会有两个开关管Q1和Q2交替导通,每个周期分为几个阶段:导通阶段、谐振阶段、死区时间等。每个阶段对应的电流路径和谐振过程需要明确。 用户可能需要一个运行程图,展示从开关管导通到能量传递到输出的整个过程,包括各个阶段的关键参数变化,如电流方向、电压应力和谐振频率的影响。此外,程图还应包括控制逻辑,比如如何通过调节开关频率来调整输出电压。 考虑到用户提供的引用中有AD绘制的原理图和BOM表,可能原理图中已经包含了各个元件的连接方式,但用户需要的是更直观的工作程图。因此,我需要将文字描述转化为程图步骤,例如: 1. 上管Q1导通,下管Q4导通(根据引用3的t0-t1阶段),电流路径形成,谐振开始。 2. 谐振电流励磁电相等时(t1时刻),进入下一个阶段,可能开关管关断。 3. 死区时间后,另一对开关管导通,重复谐振过程。 4. 通过频率调节控制能量传输,维持输出电压稳定。 同时,需要结合LLC的增益特性,说明频率变化如何影响电压输出,这在程图中可能需要以判断或反馈循环的形式体现。 最后,用户可能需要实际的设计资料或图表,但根据现有引用,无法直接提供图片,所以需要用文字详细描述程图的结构,并建议参考原理图和相关资料中的图示部分。此外,生成的相关问题应围绕LLC的工作原理、设计考虑因素和应用场景展开,以帮助用户深入理解。</think>### LLC开关电源运行程图及工作原理说明 #### 一、LLC开关电源运行程图(文字描述) 根据引用[3]和[4]的电路工作过程,典型半桥LLC拓扑的运行程如下: 1. **开关管导通阶段** - **Q1导通(t₀~t₁)**:电流通过Q1→谐振电感$L_r$→变压器原边→谐振电容$C_r$→Q4体二极管,形成谐振回路。此时$i_{L_r} > i_{L_m}$,能量通过变压器传递到副边[^3]。 2. **谐振电流励磁电平衡(t₁时刻)** - $i_{L_r} = i_{L_m}$时,变压器停止传递能量,副边二极管自然关断,避免反向恢复损耗[^4]。 3. **死区时间** - Q1和Q4关断,利用谐振电流对开关管结电容充放电,实现ZVS(零电压开关)。 4. **互补开关管导通(Q2和Q3)** - 电流反向动,重复上述谐振过程,完成完整工作周期。 程图核心逻辑:**频率调制→谐振能量传递→软开关实现→输出电压调节**。 #### 二、LLC工作原理图关键特征 1. **拓扑结构**(基于引用[1][2]的AD原理图) - 半桥/全桥结构,包含$L_r$(谐振电感)、$L_m$(励磁电感)、$C_r$(谐振电容)构成的谐振腔。 - 副边采用全波整或同步整,如图示二极管或MOSFET布局[^1]。 2. **增益特性曲线** - 输出电压通过调节开关频率$f_s$实现: $$ \frac{V_{out}}{V_{in}} = \frac{1}{\sqrt{ \left(1 - \left(\frac{f_r}{f_s}\right)^2 \right)^2 + \left( \frac{f_s L_m}{Z_0} \right)^2 }}} $$ 其中$f_r$为谐振频率,$Z_0$为特征阻抗[^4]。 ---
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