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直流充電樁的前級電路輸出的母線電壓在 800V 左右，采用半橋三電平 LLC 電路不僅可以將開關(guān)管上承受的電壓應(yīng)力降低為原來的一半，而且在圈電壓范圍內(nèi)能實現(xiàn)主開關(guān)管的 ZVS(零壓開通)和整流二極管的 ZCS(零電流關(guān)斷)。
這樣能夠減小開關(guān)管和整流管上所承受的應(yīng)力，提高壽命；同時，也可以減小開關(guān)損耗，提高整體效率。
今天我們就來聊聊后級 LLC 電路的工作原理。
半橋三電平 LLC 的基本電路拓撲如下圖：
主功率開關(guān)器件包括：原邊的四個 MOSFET(Q1~Q4)和副邊的全橋整流二極管(D5~D8)。其中，D1~D4 和 C1~C4 分別是各個 MOS 管對應(yīng)的寄生二極管和結(jié)電容。
諧振腔元件：Lr 是諧振電感，包含線路中的電感和變壓器的漏感；Cr 是諧振電容；Lm 是主變壓器的勵磁電感。C11 和 C12 是分壓電容，用來穩(wěn)定諧振腔的正負輸入電壓；D11 和 D12 是鉗位二極管，實現(xiàn)開關(guān)管上的電壓能夠被鉗位在輸入電壓的一半；C10 是飛跨電容；Co 是輸出濾波電容。
LLC 諧振電路根據(jù)功能可以劃分為方波輸入、串聯(lián)諧振和輸出整流濾波三大網(wǎng)絡(luò)。其中最為關(guān)鍵的部分是串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)串聯(lián)電感和電容的諧振特性，可知 LLC 諧振網(wǎng)絡(luò)具有兩個諧振點。第一諧振過程(由諧振電感 Lr 和諧振電容 Cr 單獨諧振)、第二過程(由勵磁電感 Lm 和諧振電感 Lr 一起和諧振電容 Cr 共同諧振)，構(gòu)成的諧振頻率點分別為：
LLC 電路常用的控制手段是調(diào)頻和移相控制。其中移相控制保證超前管 Q1 和 Q4 實現(xiàn) ZVS，但是 Q2 和 Q3 在輕載時難以實現(xiàn) ZVS，同時二極管還存在反向恢復(fù)問題，不利于電路的穩(wěn)定性和效率，所以移相控制是增大輸出電壓的范圍來作為補充控制。
為了開關(guān)管能夠?qū)崿F(xiàn) ZVS，故要使諧振腔呈現(xiàn)感性狀態(tài)，其輸入的高頻方波電壓的頻率必然會大于諧振點的頻率 fr2。根據(jù)電路開關(guān)頻率與諧振頻率點 fr1 的關(guān)系可以分為三種狀態(tài)：欠諧振、準諧振和過諧振。在這其中準諧振是電路最為理想的工作狀態(tài)，即 fs=fr1，此時的電路效率最高，且在半個周期結(jié)束時勵磁電流 iLM 和諧振電路 iLr 恰好相等，輸出整流管電流恰好減小為零，實現(xiàn)零電流關(guān)斷。
一般，LLC 諧振變換器借助于第二諧振過程來實現(xiàn)開關(guān)管的 ZVS 和輸出整流管的 ZCS，故其常工作于欠諧振狀態(tài)下，下面我們以此來講講。
下圖是欠諧振下的主要波形：
t0~t12 是穩(wěn)態(tài)下一個開關(guān)周期對應(yīng)的時間，t0~t6 和 t6~t12 分別對應(yīng)正負半周期，正負半周期實現(xiàn) ZVS 和 ZCS 的機理一致的，只是電流的流通路徑相反，所以我們以正半周期聊一下。
①t0~t1
上橋臂兩個開關(guān)管 Q1 和 Q2 同時開通，諧振元件為電感 Lr 和電容 Cr，勵磁電感 Lm 被輸出負載鉗位；諧振腔輸入電壓為+Vin/2，則諧振電流按照近正弦規(guī)律快速上升，勵磁電流正向線性增大；
②t1~t2
t1 時刻(勵磁電流上升到和諧振電流相等)，變壓器上傳輸?shù)蕉蝹?cè)的電流減為零，整流管 D5 和 D6 實現(xiàn) ZCS；勵磁電感 Lm 也參與了諧振的過程，此時的諧振電流和勵磁電流是同一個電流，并且以第二諧振頻率發(fā)生諧振直到開關(guān)管 Q1 關(guān)斷。為了避免環(huán)流加大電路損耗以及對變壓器磁飽和的影響，此過程時間一般都比較短，所以我們可以認為這段時間內(nèi)諧振電流不變；
③t2~t3
上橋臂的超前管 Q1 在 t2 時刻關(guān)斷，Q1 上的結(jié)電容 C1 通過飛跨電容開始接受 Q4 上結(jié)電容 C4 的電荷，也就是 uc1 上升，uc4 下降；直到 t3 時刻 uc1 達到 Vin/2，使得 D11 導(dǎo)通將其鉗位?？芍_關(guān)管上的最大電壓是輸入電壓的一半；
④t3~t4
在 t3 時刻，uc1=+Vin/2，uc4 下降為 0；在 D11 導(dǎo)通后，諧振腔的輸入電壓變?yōu)?0。
⑤t4~t5
此時，上橋臂的滯后管 Q2 在 t4 時刻關(guān)斷，飛快電容 D11 的作用，uc2 上升，uc3 下降，則諧振腔的輸入電壓從 0 逐漸減小為 -Vin/2；同時受到輸入電壓 Vin 和 uc3 的共同限制，uc2 最大也就是 Vin/2. 由于諧振腔對外表現(xiàn)為感性，所以當諧振腔輸入電壓從零變?yōu)樨撌?，諧振電流還是正向的。
⑥t5~t6
上橋臂的滯后管 Q2 在 t5 時刻完全關(guān)斷，諧振腔的輸入電壓將變成 -Vin/2，由于諧振電流的方向仍為正，那么諧振電流將流過 Q3 和 Q4 的寄生二極管，為其 ZVS 做準備。則隨著諧振電流的快速變化，勵磁電感上的電壓將會大于輸出電壓折算到原邊的電壓，這樣的結(jié)果就是勵磁電感將會脫離諧振腔。
今天的內(nèi)容就先聊到這里，希望大家能夠喜歡！發(fā)現(xiàn) PCIM 研討會上的內(nèi)容有一些跟最近分享有關(guān)的，不知道大家又去聽嗎？今天是最后一天了，大家感興趣抓住機會去看一下~
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