1.2 LLC控制：更快，更强，更好---第二部分

好的

那我们继续我们的这个讨论

我们第一部分的这个内容就是

为什么 LLC 这个拓扑是比较的流行

还有我们来对比一下

跟其它拓扑的一些优缺点

首先我们看一个 AC-DC 的这种

隔离电源的一个应用框图

典型的一个应用框图

它包含的是两级的这个部分

第一它首先包含了 EMI 的滤波器

还有 PFC 的功率因数校正这一部分

功率因数校正得到在

母线电压上得到一个比较高的 DC 电压

然后通过 LLC 拓扑

或者是其它的 DC-DC 拓扑

来把 400 伏的这个高压

转换成一个较低的电压

这里边这个系统里边

就需要一个 PFC 的控制器

需要一个 LLC 的控制器

然后还需要 LLC 的这个光耦反馈

另外还有的系统里边是

需要这个辅助电原来做的

为什么在这种 AC-DC 的这种框架里边

大部分的客户都会选择这个 LLC

首先我们来一个一个的来了解一下

针对这个 400V 往低压去转的

这个 DC-DC 的拓扑有哪些

第一个可能就是

我们大家都会了解到的

移相全桥控制

移相全桥的这种拓扑

这是原边有四个 MOS 管

组成了一个全桥的结构

然后这种拓扑的话也有优势

有优点也有缺点

优点的话就是

原边的这四个 MOS 管都是可以做到

ZVS 就是零电压开通的

这个动作

然后它的输出电感的尺寸呢

也是非常小的

但是它有一定的缺点

缺点就是控制起来是比较麻烦的

拓扑的结构也是比较复杂的

它包含了输出电感和输出电容

然后控制上面也是比较复杂的

然后它有一个缺点就是

在轻载的时候

是不能够实现完全的 ZVS 开通

另外它还有一些环流的这样一些问题

第二个拓扑的话就是

串联谐振这样一个拓扑

这是一个串联谐振的一个拓朴结构

然后右边的话是

串联谐振这种拓朴结构的一个增益曲线

上面的这根曲线是负载最轻的时候

下面这个粉红色的是负载最重的时候

然后它的一个操作方式

控制方式呢

就是当开关频率大于这个

谐振频率的时候

这是一个电感的一个区间

可以实现 ZVS 的一个动作

当开关频率小于谐振频率的时候

又进入一个容性区间

在这个区间内 MOS 管的开通

是 ZCS 开通的

这个拓扑的优点的话

它是能够实现 ZVS 开通的

但是它也有很多明显的缺点

例如

它这个开关频率在轻载的时候

是跑得是非常高的

然后它不太适合于用

宽输入电压范围

和宽输出电压范围的这个设计

然后输出电容上的纹波电流是比较大的

最后一个就是通过这个拓扑

这个增益曲线可以看到看出来

这个串联谐振这样一个拓扑呢

只能够提提供一个降压的结果

类似于 BUCK

然后第二个拓扑的话

就是并联谐振拓扑

并联谐振拓扑也是有一个谐振电感

还有一个谐振电容

还有一个变压器

励磁电感等

只是这个谐振电容是跟这个

励磁电感是并联在一起的

然后同样的话

右边是它的一个增益曲线

并联谐振的话优势

也是能够达到实现一个 ZVS

然后但是它在轻载的时候的

开关频率呢是可以受到控制的

不会跑得很高

但是它的缺点的话就是

在轻载的时候有比较高的环流

然后如果做宽输入电压

和宽输出电压的设计

开关频率在某种情况下也会跑到很高

可以最后一条

你通过它的增益曲线上可以看出

并联型的这个拓扑呢

是只提供 Boost 的这样一个特性

就是输出电压会比输入电压要高

要来的高

然后第三个就是

一个 LCC 的一个拓扑

LCC 的拓扑是由一个谐振电感

一个谐振电容

还有一个原边的一个电容

这样组成了一个结构

这种结构的话

它的优势呢是可以实现 ZVS 开通

然后随着负载的一个变化

负载变化时

它的开关频率的变化范围是很小的

类似于这个并联谐振的这个拓扑

然后它的环流是比并联谐振要小的

但是会比串联谐振拓扑要稍微大一点

但是它的缺点也是

在宽输入电压范围的时候

会有一个比较高的开关频率的变化

然后后面我们来讨论这个 LLC

LLC 的架构呢是有一个谐振电容

LLC 的架构呢是有一个谐振电容

一个谐振电感

还有一个原边的励磁电感

来组成这样一个架构

它的主要的优势

就是能够实现

大部分工作区间可以实现 ZVS

然后开关频率变化的时候

负载变化的时候

它的开关频率变化的范围呢不是很高

类似于并联谐振

然后也没有很高的环流的问题

然后也做宽输入电压

和宽输出电压的时候也比较合适

然后这边的这一张图片说的是

LLC 和 LCC 的一些对比

是做了一个仿真的结果

当输入电压是 400 伏

输出电压是 200 伏

输出电流的话是 1 安培

通过仿真下来的话

LLC 原边的有效值电流

会比 LCC 原边的有效值电流要小

LLC 的频率变化范围

随着输入电压的变化

或者输出电压的这个变化

LLC 的频率变化的范围

要比 LCC 要宽的多

另外一个就是对输出电流的对比

LLC 的这个输出的电容的电流

会比 LCC 的要小

所以说最终这个拓扑比较起来

LCC 跟 LLC 这个对比的话

LLC 有比较小的原边电流

和比较小的输出电流

所以它可以实现比较高的效率

但是 LLC 的频率变化范围

比 LCC 要宽的多

所以说 LCC 比较适合于

类似于 Lighting 里边的

低电压的这个输出电压范围比较宽

特别是在恒流可以调到很低的电压

这边是我们做了一个

参考设计的一个结果

对 LCC 的一个结果

我们印象中的 LLC

它的效率基本上都可以做到 96.5%

或者 97% 以上

但是这个 LCC 我们这边已经是

针对效率做了一个非常好的优化了

但是它的 LCC 的这个峰值效率的话

也只有 92.3%

特别是在重载的时候

它的效率会

特别是在轻载的时候

它的效率会下降的更严重

好的

那我们继续我们的这个讨论

我们第一部分的这个内容就是

为什么 LLC 这个拓扑是比较的流行

还有我们来对比一下

跟其它拓扑的一些优缺点

首先我们看一个 AC-DC 的这种

隔离电源的一个应用框图

典型的一个应用框图

它包含的是两级的这个部分

第一它首先包含了 EMI 的滤波器

还有 PFC 的功率因数校正这一部分

功率因数校正得到在

母线电压上得到一个比较高的 DC 电压

然后通过 LLC 拓扑

或者是其它的 DC-DC 拓扑

来把 400 伏的这个高压

转换成一个较低的电压

这里边这个系统里边

就需要一个 PFC 的控制器

需要一个 LLC 的控制器

然后还需要 LLC 的这个光耦反馈

另外还有的系统里边是

需要这个辅助电原来做的

为什么在这种 AC-DC 的这种框架里边

大部分的客户都会选择这个 LLC

首先我们来一个一个的来了解一下

针对这个 400V 往低压去转的

这个 DC-DC 的拓扑有哪些

第一个可能就是

我们大家都会了解到的

移相全桥控制

移相全桥的这种拓扑

这是原边有四个 MOS 管

组成了一个全桥的结构

然后这种拓扑的话也有优势

有优点也有缺点

优点的话就是

原边的这四个 MOS 管都是可以做到

ZVS 就是零电压开通的

这个动作

然后它的输出电感的尺寸呢

也是非常小的

但是它有一定的缺点

缺点就是控制起来是比较麻烦的

拓扑的结构也是比较复杂的

它包含了输出电感和输出电容

然后控制上面也是比较复杂的

然后它有一个缺点就是

在轻载的时候

是不能够实现完全的 ZVS 开通

另外它还有一些环流的这样一些问题

第二个拓扑的话就是

串联谐振这样一个拓扑

这是一个串联谐振的一个拓朴结构

然后右边的话是

串联谐振这种拓朴结构的一个增益曲线

上面的这根曲线是负载最轻的时候

下面这个粉红色的是负载最重的时候

然后它的一个操作方式

控制方式呢

就是当开关频率大于这个

谐振频率的时候

这是一个电感的一个区间

可以实现 ZVS 的一个动作

当开关频率小于谐振频率的时候

又进入一个容性区间

在这个区间内 MOS 管的开通

是 ZCS 开通的

这个拓扑的优点的话

它是能够实现 ZVS 开通的

但是它也有很多明显的缺点

例如

它这个开关频率在轻载的时候

是跑得是非常高的

然后它不太适合于用

宽输入电压范围

和宽输出电压范围的这个设计

然后输出电容上的纹波电流是比较大的

最后一个就是通过这个拓扑

这个增益曲线可以看到看出来

这个串联谐振这样一个拓扑呢

只能够提提供一个降压的结果

类似于 BUCK

然后第二个拓扑的话

就是并联谐振拓扑

并联谐振拓扑也是有一个谐振电感

还有一个谐振电容

还有一个变压器

励磁电感等

只是这个谐振电容是跟这个

励磁电感是并联在一起的

然后同样的话

右边是它的一个增益曲线

并联谐振的话优势

也是能够达到实现一个 ZVS

然后但是它在轻载的时候的

开关频率呢是可以受到控制的

不会跑得很高

但是它的缺点的话就是

在轻载的时候有比较高的环流

然后如果做宽输入电压

和宽输出电压的设计

开关频率在某种情况下也会跑到很高

可以最后一条

你通过它的增益曲线上可以看出

并联型的这个拓扑呢

是只提供 Boost 的这样一个特性

就是输出电压会比输入电压要高

要来的高

然后第三个就是

一个 LCC 的一个拓扑

LCC 的拓扑是由一个谐振电感

一个谐振电容

还有一个原边的一个电容

这样组成了一个结构

这种结构的话

它的优势呢是可以实现 ZVS 开通

然后随着负载的一个变化

负载变化时

它的开关频率的变化范围是很小的

类似于这个并联谐振的这个拓扑

然后它的环流是比并联谐振要小的

但是会比串联谐振拓扑要稍微大一点

但是它的缺点也是

在宽输入电压范围的时候

会有一个比较高的开关频率的变化

然后后面我们来讨论这个 LLC

LLC 的架构呢是有一个谐振电容

LLC 的架构呢是有一个谐振电容

一个谐振电感

还有一个原边的励磁电感

来组成这样一个架构

它的主要的优势

就是能够实现

大部分工作区间可以实现 ZVS

然后开关频率变化的时候

负载变化的时候

它的开关频率变化的范围呢不是很高

类似于并联谐振

然后也没有很高的环流的问题

然后也做宽输入电压

和宽输出电压的时候也比较合适

然后这边的这一张图片说的是

LLC 和 LCC 的一些对比

是做了一个仿真的结果

当输入电压是 400 伏

输出电压是 200 伏

输出电流的话是 1 安培

通过仿真下来的话

LLC 原边的有效值电流

会比 LCC 原边的有效值电流要小

LLC 的频率变化范围

随着输入电压的变化

或者输出电压的这个变化

LLC 的频率变化的范围

要比 LCC 要宽的多

另外一个就是对输出电流的对比

LLC 的这个输出的电容的电流

会比 LCC 的要小

所以说最终这个拓扑比较起来

LCC 跟 LLC 这个对比的话

LLC 有比较小的原边电流

和比较小的输出电流

所以它可以实现比较高的效率

但是 LLC 的频率变化范围

比 LCC 要宽的多

所以说 LCC 比较适合于

类似于 Lighting 里边的

低电压的这个输出电压范围比较宽

特别是在恒流可以调到很低的电压

这边是我们做了一个

参考设计的一个结果

对 LCC 的一个结果

我们印象中的 LLC

它的效率基本上都可以做到 96.5%

或者 97% 以上

但是这个 LCC 我们这边已经是

针对效率做了一个非常好的优化了

但是它的 LCC 的这个峰值效率的话

也只有 92.3%

特别是在重载的时候

它的效率会

特别是在轻载的时候

它的效率会下降的更严重