LLC 的调频控制

Posted on February 6, 2025

LLC 调压的的物理原理

LLC 之所以叫 LLC , 是因为电路等效为 两个 L 和一个 C。但那是分析用的,实际上电路就一个 L 和一个 C。 当然故意接2个 L 也可以的。只不过会增加成本。

LLC 谐振的原理呢,其实就是LC振荡器。但是不是自激振荡,而是他激。根据激发他的外部输入电路的不同,分为全桥LLC和半桥LLC。

LLC 为何通过调节频率,能调节输出电压呢?

看电路:

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LLC 尽管实际电路上就一个 变压器和一个电容,但是因为变压器有漏感,所以 LLC 可以看成是 一个 LC 滤波器接上一个变压器。

是的,没错,就是一个 LC 滤波器。

这个 LC 滤波器呢,就有一个谐振频率,高于它的和低于它的频率,能量都会被削弱。

因此,当外部输入的频率,高于或者低于谐振频率的时候,等于这个 LC 滤波器对输入的交流电进行了滤波。也就是被衰减。那么衰减后施加在变压器上的电压就不再是原始电压了。 于是次级绕组输出电压就降低。

只有工作在谐振频率的时候,滤波器增益为 1, 也就是能量完全通过滤波器。于是次级绕组输出电压最大。

但是,我要说但是了。为啥 LLC 一定要有漏感呢? 而且漏感还不能小。其实主要原因是:这个滤波器的谐振频率是会随着负载变化的。 漏感越大,则谐振频率随负载变化越小。

为啥谐振频率会变化呢? 这就要说到变压器的特点了。变压器的初级绕组能量完全传递给次级,那么铁芯就不会有磁链。也就是说,这个线圈不会产生电感。 如果次级没有能量消耗,那么电流的能量就会转换成磁链储存在铁芯里。也就是说,这个线圈会有个最大的电感。

因为现实变压器不是理想变压器,因此,初级的能量无法完全传递给次级。所以这个无法完全传递过去的能量就会驻留在铁芯里,形成 “漏感”。在传统的反激或者正激变换器里,漏感是个坏东西。要尽量消除。 而在 LLC 架构里,这个漏感反而是必须的。因为如果没有漏感,则次级完全消纳初级能量后,LC谐振电路因为没有电感就被破坏掉了。 在 LLC 架构里,漏感不仅仅需要,而且还得很大。因为变压器哦绕组的电感,会随着次级消耗的能量多寡而变动,因此,这个 LC 滤波器,电路中串入的 L 的数值就会变动。这导致滤波器的谐振频率会有一个很大的变动。为了降低谐振频率的变动范围,就需要变压器有较大的漏感。或者,外部再串入一个电感。

调频不是为了调压

很多对 LLC 的理解不深刻的人,很容易把 LLC 看成是一种通过调节 pwm 频率来调节输出电压的拓扑结构。其实这种做法是严重错误的。

LLC 拓扑下,控制器之所以要调节pwm频率,并不是为了通过调节 pwm 频率实现调压。而是通过观察输出电压的反馈来控制pwm频率以求让 LLC 变换器始终工作在谐振点。

因为每个变压器制造出来都是有一些差异的。每个电容也是有容值差异。这导致成品电路每个 LLC 的谐振频率都不同。因此控制器需要智能寻找谐振点。而成本最低的做法就是用次级电压反馈。因为变压器只是说绕组的电感是有个体偏差,但是匝数比是不会有差异的。只要初级电压是稳定的,那么工作在谐振点的LLC次级输出电压就是稳定的。通过次级电压反馈,就可以控制初级工作频率为谐振频率。

因此 LLC 变换器有一个隐藏的要求:初级电压必须稳定。

这就是为何 LLC 变换器总是和主动式PFC搭配。因为 PFC 整流器可以输出一个稳定的直流电压。

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