交流/直流和隔离式直流/直流开关稳压器

1.5谐振变换器改进型

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我们前面介绍了谐振变换器的基本原理设计和应用接下来我们会介绍如何改进谐振拓扑来实现谐振变换器的效率和体积进一步优化下面我们来看一看如何把谐振网络和整流网络整合在一起来实现一些更优化的设计这里以一个三元拓扑为例来说明它也是有两个电感和一个电容组成我们之前提到过这种类型的谐振网络跟 LLC 有相同的增益特性我们姑且把这个结构叫做 CLL 这里有一个谐振电感如果我们尝试把这个电感放到后面的整流桥之后那么我们就得到下面这个电路这样做的一个好处是可以把这个电感量大大减小因为原边的谐振电感等效于输出电感乘以匝比的平方所以电感的体积也会相应的减小并且还能提高效率我们来看看它是如何提高效率的这里我们以 LLC 谐振变换器作为对比左边的波形是 CLL 的工作波形假设 CLL 上的谐振电容上的电流等于 LLC 谐振电感上的电流就是这两个电流是相等的可以看到这两个电流在一个周期内都是从负到正的交流电流如果把电感放在原边它的磁通变化量 ΔB 就会比较大如果电感放在整流网络之后从它的副边电流波形可以看出当开关频率低于谐振频率流过上面的电流的频率会加倍但是磁通变化量只有原来的一半当开关频率高于谐振频率电感上的交流纹波会减小的更多交流损耗自然也会更小我们可以通过有限元仿真来快速了解在同样的输入和输出条件下 LLC 和 CLL 谐振电感上的损耗会是什么样子在该仿真中我们两个电感都采用 EE19 的磁芯磁芯材料为 3C95 对于 LLC 电感我们采用 24 匝感量为 73uH ECR 是 31.5 毫欧而对于 CLL 电感由于我们不需要那么大的电感量匝数也会比较少所以我们可以用多股并联的方式来减少它的 ECR 这两个电感在电路中的作用实际上是等效的虽然 CLL 电感的 ECR 会小很多但是它上面的流过的电流有效值远远大于 LLC 的谐振电感上面的电流所以理论上它们的铜损并不会差太多从仿真结果看出当开关频率低于或等于谐振频率的时候 CLL 和 LLC 的损耗差不太多但是当开关频率高于谐振频率的时候 CLL 的磁损明显低于 LLC 的磁损从铜损上看也是一样的总的损耗差不多降低了 0.88 瓦这里我们做了两个参考设计来验证前面的分析两个设计的参数基本一样除了谐振电感中间这个图是两个实际采用的电感的对比可以看到右边的 LLC 的电感体积差不多是左边 CLL 电感的体积的五倍大右边这两个是两个变换器的一个效率曲线 LLC 的效率基本上与输入电压无关最高效率达到 94.7% 而 CLL 的峰值效率可以达到 95.7% 比 LLC 高出一个点所以采用 CLL 谐振变换器可以提高效率并且减小体积