LLC串联谐振拓扑谐振腔电压概述

1.概述:

忽略高次谐波，假设变换器的功率传输，仅是电压和电流通过傅里叶展开的一次基波部分，被称为FHA 基波分析法。这也是谐振网络的选频特性，适合所有的谐振类拓扑。

2.LLC串联谐振拓扑谐振腔电压:

LLC串联谐振全桥

LLC串联谐振半桥

LLC全桥中点电压：

S1 S4 采用同一驱动信号，S2 S3采用同一驱动信号，占空比均为50%。S1S4 与 S2S3不直通存在死区。所以中点电压Vsw，形成幅值±Vin的方波电压，使用傅里叶展开中点电压波形。

谐波取5次就很接近方波了，当取到39次就非常逼近了实际全桥中点电压。

单次谐波含量

单次谐波越高，幅值越小，频率越高。

LLC半桥中点电压：

S1 S2 是对称性半桥，每个开关管导通占空比50%（实际＜50%），S1 S2不直通存在死区，所以S1 S2中点电压形成幅值为Vin，占空比50%的方波电压。使用傅里叶展开中点电压波形。

谐波取5次就很接近方波了，当取到39次就非常逼近了实际半桥中点电压。

单次谐波含量

单次谐波越高，幅值越小，频率越高。

由于谐振电容Cr的存在有两个作用，一个是隔直作用，使变压器不容易饱和。一个是谐振电容。故输入到LLC的谐振网络没有直流分量。故计算中去掉直流分量。

FHA为了简化分析计算，只考虑基本起作用故存在误差，特别是频率偏离谐振频率。在LLC谐振电路中的谐振腔本身具有选频特性，对3次以上的谐波呈现很高的阻抗。所以就 忽略高次谐波影响。

3.LLC串联谐振拓扑谐振腔电流:

举例1：

假设把上述的LLC半桥中点电压加在一个电感L上，得到电感电流波形。

可以看出电感加方波电压，电流逐渐上升，直到饱和，存在这个现象是因为磁没有复位。如果电感加傅里叶展开的波形，当包含7次谐波时，电流波形很接近。电流谐波次数越高就几乎完全一样了。

LLC谐振腔电流：

谐振腔网络的阻抗大小与工作频率有关，谐振网络的阻抗可能是容性，也可能是感 性，所以谐振电流的相位有可能超前电压（容性），或滞后电压（感性）；所以电路可以由两部份构成，无相位差的纯阻性负载电流和有90度相位差的容性、感性谐振元件的无功电流相加的和。

半桥谐振基波电压与基波电流的相位差

全桥谐振谐振基波电压与基波电流的相位差****

FHA就是假设加在谐振腔是正弦电压，相位和方波电压同相位，这样相位差就很明显了，得到了ZVS ZCS 就是利用电压与电流的相位差实现的。

举例2：

BUCK电路，电感两端的电压是Vin-Vo(开关导通)，续流时电 感两端的电压是 -Vo(开关关短，续流管导通)。

Buck-CCM电感电压电流波形

Buck-DCM电感电流波形

Buck-BCM电感电流波形

FHA 基波分析法展开buck电路波形。CCM模式下的电感电流可以看成叠加了直流偏置，不影响分析。这样就诠释了电感电流滞后电压90°

4.LLC串联谐振拓扑的特性曲线:

通过LLC 串联谐振网络等效电路，用其前向传递函数。可以得到归一化的电压增益曲线。

通过输入阻抗与特征阻抗Z0可以得到归一化的输入阻抗曲线。

电路虚部为零，可以得到阻性分割线曲线。