【笔记】LLC电路工作频点选择 2-1 输出稳定性的限制

LLC工作模式的分析参考了：现代电力电子学，电力出版社，李永东

1.LLC电路可以选择VCS也可以选择ZVS

1.1选择ZCS时，开关管与谐振电感串联后，与谐振电容并联：

1.2选择ZVS时，开关管仅仅安装在谐振电容两端：

两种电路等效，分析近乎对称，下面选择ZVS进行分析。

2.ZVS谐振电路的几个工作阶段

2.1 t0 - t1, VTp开关管关断

• 初始状态：
  • 此时VD关断，
  • VTp管关断
• Io近乎不变地为Uc充电，Uc两端电压近乎线性上升
• 结束条件：
  • 当谐振电容上的电压达到E
  • VD承受正向压降导通。开始进入LRC谐振状态。

2.2 t1 - t2, VTp开关管关断->联通

• 初始状态：
  • 电路电流 Istart = Io
  • Uc = E
  • VTp管关断
• 此时进入谐振状态
  • 此时电路的电流不断减小到0.
  • 
  • 能量从电容转移到电感处。
• 结束条件
  • Uc=0
  • VTp导通

2.3 t2-t3, VTp开关管联通

•  初始状态：
  • 电路电流 Istart = 0
  • Uc = 0
  • VTp管打开
• 此时电源向谐振电感恒压充电
  • 电感电流提升
  • L*di/dt = E
• 结束条件
  • 电感流过电流达到Io
  • VD因为失压关断

2.4 t3-t4, VTp开关管联通=>关断

•  初始状态：
  • 电路电流 Istart = Io
  • Uc = 0
  • VTp管打开
  • VD关断
• 这个状态延续的时间，取决于所需要的负载电压
  • 也取决于VTp的开关周期
  • 电路工作在PFM模式
• 结束条件
  • 电流其实输出到了Lm上，如果Lm上的电流达到所需的负载电压
  • VTp强制关断，回到t0.

3.ZVS模式VTp实现0电压导通的条件

• 关键步骤在2.2步：
• 整个电路的核心参数：
  • 最小输出电流Io_min
  • 谐振频率Fr
• Uc必须在VTp导通前降到0，即LC谐振电路的阻抗要有一个上限：

       

3.1 由此带来的约束条件

4 谐振电路的容性和感性区段划分与工作频段的约束 

4.1 容性与感性区域

上图出自：《Understanding LLC Operation(PartII)What to consider in LLC Converter Design》,Tomas Hudson, MPS。容性区和感性区的划分是很显然的：

LLC电路中当特定频率的容抗被Lc+Lm对冲完毕还有余量的时候，电路就是感性的。

否则电路会表现出容性，电路表现出容性的时候，增益一定会更小。并且它不仅仅是增益更小，还意味着进入不安全的工作区间：

4.2 负载的抖动与电路的自然平衡

Figure6中，是在平衡条件下的LLC增益，假设，外设的功率在抖动，如果输出功率加大的瞬间，谐振电路的频点自动调节来不及响应，系统的增益会从所在的频点向下跌落，注意，此时的系统Q值也确实在增大，对应的增益曲线也确实如下图所示：从红线=>蓝线

假定，此时的频点在谐振频率（Lr,Cr）的高频侧，这个时候，电路的抗冲击能力足够，且不会进入容性区。但是假定，工作的频点已经落在谐振频点的低频侧，这个时候，系统已无额外的增益余量可以应对负载波动。

4.3 合适的频点选择

所以，合适的工作频段选择，需要在LC谐振频点（？）的更外侧，并且留出余量。如下图：

另外一个问题与电感的特性有关，电容不足，仅仅是耐压的问题，电感不足，超过最大磁通，电流会升得很高。怎么都会是个问题。

MGMin - MGMax是从输入电压的波动考量的。电压高，电路的整体增益只需要MGMin就可以满足。电压低，系统需要更大的增益。

5.遗留问题

5.1 的极限是谐振频率吗？（仅考虑Lr, Cr的频率）

5.2 LLC最大增益点是(Lr+Lm, Cr)的第二谐振频率吗？虽然我们不会用到它