cllc諧振變換器的拓撲結(jié)構(gòu)及控制原理

CLLC諧振變換器作為一種高效的電力轉(zhuǎn)換裝置，在車載OBC系統(tǒng)、光電、通信以及新能源發(fā)電等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。其獨特的雙向?qū)ΨQ結(jié)構(gòu)和靈活的控制策略，使得它能夠?qū)崿F(xiàn)電能的雙向流動（即充電和放電），并具備高效率、寬負載變化范圍內(nèi)工作特性優(yōu)良等特點。

一、CLLC諧振變換器拓撲結(jié)構(gòu)

CLLC諧振變換器主要由開關(guān)電路、諧振電路以及整流電路三部分組成。其結(jié)構(gòu)完全對稱，能量通過原邊開關(guān)進行逆變，然后通過變壓器傳遞到副邊，實現(xiàn)電氣隔離，并在副邊進行整流，產(chǎn)生輸出電壓。由于變壓器的匝比設(shè)計為1:1，因此反向的運行和正向運行完全一致。

1.1 開關(guān)電路

開關(guān)電路通常由多個開關(guān)器件構(gòu)成，例如全橋或半橋逆變電路。在全橋結(jié)構(gòu)中，開關(guān)器件S1~S4構(gòu)成全橋逆變電路，負責將直流電轉(zhuǎn)換為交流電。這些開關(guān)器件的導通和關(guān)斷由控制算法決定，以實現(xiàn)特定的電壓和電流波形。

1.2 諧振電路

諧振電路包含諧振電感Lr、諧振電容Cr以及勵磁電感Lm，并與變壓器原邊連接。諧振電路的設(shè)計決定了變換器的諧振頻率和工作特性。在CLLC諧振變換器中，諧振電感和諧振電容的選取尤為重要，它們共同決定了變換器的諧振特性，如諧振頻率、電壓增益等。

1.3 整流電路

整流電路位于變壓器副邊，通常由二極管或其他整流元件構(gòu)成。在CLLC諧振變換器中，整流電路通常采用全波不控整流方式，將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，供負載使用。

二、控制原理

CLLC諧振變換器的控制原理主要基于諧振特性和開關(guān)頻率的調(diào)節(jié)。通過控制開關(guān)器件的導通和關(guān)斷，實現(xiàn)對輸出電壓和電流的控制。由于CLLC諧振變換器的結(jié)構(gòu)完全對稱，因此只需要控制輸入側(cè)V1的大小就可以控制V2輸出側(cè)的大小，進而控制輸出電壓。

2.1 諧振特性

CLLC諧振變換器具有兩個諧振頻率：一個是由諧振電感Lr、諧振電容Cr與勵磁電感Lm諧振產(chǎn)生的第一諧振頻率fm，另一個是由諧振電感Lr與諧振電容Cr產(chǎn)生的第二諧振頻率fr。這兩個諧振頻率將變換器的工作區(qū)間分為三段：fsfr。在不同的工作區(qū)間內(nèi)，變換器的工作特性和電壓增益會有所不同。

2.2 開關(guān)頻率調(diào)節(jié)

通過調(diào)節(jié)開關(guān)頻率fs，可以改變變換器的工作模態(tài)和電壓增益。在欠諧振模式（fmfr）下，變換器的工作特性和電壓增益會有所不同，需要根據(jù)具體的應(yīng)用場景選擇合適的工作模式。

三、調(diào)制方式

CLLC諧振變換器常用的調(diào)制方式包括脈沖頻率調(diào)制（PFM）、移相調(diào)制（PSM）以及脈沖寬度調(diào)制（PWM）。由于LLC變換器的諧振特性，脈沖頻率調(diào)制（PFM）方式最為常用。

3.1 脈沖頻率調(diào)制（PFM）

PFM調(diào)制方式通過改變開關(guān)頻率fs來調(diào)節(jié)輸出電壓。當輸出電壓升高時，減小開關(guān)頻率fs以降低電壓增益；當輸出電壓降低時，增大開關(guān)頻率fs以提高電壓增益。PFM調(diào)制方式具有控制簡單、效率高的優(yōu)點，但環(huán)路響應(yīng)速度較慢，且存在雙極點問題，不容易穩(wěn)定。

3.2 移相調(diào)制（PSM）

PSM調(diào)制方式通過改變原邊和副邊開關(guān)器件之間的相位差來調(diào)節(jié)輸出電壓。在PSM調(diào)制方式下，原邊和副邊開關(guān)器件的導通和關(guān)斷時間存在相位差，通過調(diào)整這個相位差可以改變輸出電壓。PSM調(diào)制方式具有動態(tài)響應(yīng)速度快、控制精度高的優(yōu)點，但實現(xiàn)起來較為復雜。

3.3 脈沖寬度調(diào)制（PWM）

PWM調(diào)制方式通過改變開關(guān)器件的占空比來調(diào)節(jié)輸出電壓。在PWM調(diào)制方式下，開關(guān)器件的導通和關(guān)斷時間由PWM信號控制，通過調(diào)整PWM信號的占空比可以改變輸出電壓。PWM調(diào)制方式具有控制靈活、易于實現(xiàn)的優(yōu)點，但在高負載和高壓情況下可能會產(chǎn)生較大的開關(guān)損耗。