OBC 之 LLC 软开关原理分析Allon Qiao

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目录

1. 概述. 1
2. 原理. 1

2.1 OBC LLC 功率部分线路图. 1

2.2 实现原理. 1

3. DCC_LLC 参数计算. 5

3.1 测试波形. 5

4. 参考资料. 5

1. 概述

电动和油电混合动力汽车在通用平台基础上设计，OBC 作为充电设备，变成不或缺的器件，在 OBC 中实现电能转换，需要追求高效率，高可靠性，并且需要降低 EMI ，因此在高频化趋势中，软开关的设计变得必不可少。LLC 架构 功率管工作在软开关条件下，实现 ZVS ，和接近 ZCS 的工作方式，并且控制逻辑简单，实现较为容易，因此该架构在 OBC 中应用广泛。

2. 原理

2.1 OBC LLC 功率部分线路图

以下为 OBC LLC 线路的功率部分线路图，应用中 Q1 Q4 分为一组， Q2 Q3分为一组，两组交替导通，L1 和 C 参与谐振， 变压器原边电感和 L1 串联后的主感量 L 和 C 参与谐振。

图 1 LLC 线路示意图。

2.2 实现原理

    当副边电压重载时，副边电压恒定，变压器原边电压被钳位，此时谐振主要由L1和C 组成，谐振频率为：

    当图中 Q1 Q4 导通后，如下图 2 所示。

图 2 LLC 线路示意图

    T1时间 Q1 Q4导通时间电流从高压电容 C1 流经 Q1、C 变压器原边、谐振电感、Q4 、回到 C1 。变压器次级电流流经 Q6 半边绕组流经负载。

图 3 LLC 线路示意图

    T2 时间 Q1 Q4 关断，此时Q2 Q3未导通，由于 C 两端的电压不断增加，当达到平衡点时候，由于流经电感L1 的电流不在增加，电感能量释放，电流继续沿着原来方向流动，此时 A 点将会向下摆动， B 点将会向上摆动。关断瞬间由于MOS Cds 的存在，所以 Q1 Q4 MOS 关断实现零电压关断。

图 4 LLC 线路示意图

T3 时间 B 点电压等于 BUCK 电压，A 点电压为零，此时 Q2 Q3 导通，实现零电压导通，此时电感能量继续向电源端释放，电流继续沿着图 4 中方向流动。

图 5 LLC 线路示意图

T4 时间 Q2 Q3 导通，此时由于电感能量完全释放，电流沿着 Q3 、L1 、 C 、 Q2 方向流动。

图 6 LLC 线路示意图

T5 时间 Q2 Q3 关断，此时Q1 Q4 未导通，由于 C 两端的电压不断增加，当达到平衡点时候，由于流经电感L1 的电流不在增加，电感能量释放，电流继续沿着原来方向流动，此时 A 点将会向上摆动， B 点将会向下摆动。关断瞬间由于MOS Cds 的存在，所以 Q2 Q3 MOS 关断实现零电压关断。

图 7 LLC 线路示意图

T6 时间 B 点电压为零，A 点电压等于 BUCK 电压，此时 Q1 Q4 导通，实现零电压导通，此时电感能量继续向电源端释放，电流继续沿着图 7 中方向流动。

图 8 LLC 线路示意图

   T7 时间 电感能量释放完成，电流继续沿着 Q1 、C 、L1 、Q4 流动，回到 T1 时刻。

    以上过程中由于谐振的存在，为 MOS 实现了 ZVS 。

3. DCC_LLC 参数计算

3.1 测试波形

    下图中 MOS 中点电压的波形和谐振腔电流波形可以看到，MOS 电流在负半周换向，和分析的一致，工作在较为理想状态，零电流波形也可以实现，但是只能在特定点上实现，因为需要调整，所以很难实现全周期的 ZCS 。

图 9 电流和半桥中点电压波形

4. 参考资料

无