1. LLC動態(tài)指標(biāo)

 

這里的LLC動態(tài)是指LLC電路在突加負(fù)載時的動態(tài)響應(yīng)。一般用輸出電壓的下跌和過沖評判LLC動態(tài)性能。

 

 

2. LLC動態(tài)過程

 

當(dāng)負(fù)載空載運(yùn)行時，突加負(fù)載，此時輸出電壓下跌，之后在控制調(diào)節(jié)的用作下恢復(fù)。以下分階段描述。

 

1、第一個階段

 

在加載時，當(dāng)負(fù)載為恒定電阻載時，在加載時負(fù)載模型如圖所示：

 

 

 

 

因此，在加載時，因?yàn)镋SR的原因，輸出電壓會有下跌，下跌電壓UcRESR / ( R+RESR) 

 

其中，ESR(Equivalent Series Resistance)為輸出電壓的等效串聯(lián)電阻，一般很小，常常該指標(biāo)作為評判電容好快的重要指標(biāo)之一。然后在很多電容的數(shù)據(jù)手冊中，并沒有明確標(biāo)出該指標(biāo)。

 

當(dāng)ESR遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于R時，完全可以忽略。而不滿足遠(yuǎn)小于的條件時不能忽略。

 

電容的ESR和溫度有關(guān)，尤其是對于鋁電解電容，在低溫下，ESR會變得比常溫下大。

 

在加載時，負(fù)載為恒電流載時，

 

 

 

 

因此，在加載時，因?yàn)镋SR的原因，輸出電壓也會有下跌，下跌電壓I0RESR 。ESR越小，下跌越小。

 

2、第二個階段

 

輸出電壓持續(xù)下降階段，該階段持續(xù)到LLC響應(yīng)時刻。此時的等效模型為：

 

 

 

上式可得，當(dāng)輸出電容越大，負(fù)載電流越小，U0下降的越慢。

 

由于控制的存在，當(dāng)系統(tǒng)開始響應(yīng)時，該階段結(jié)束。

 

第一個階段加上第二個階段的時間就是動態(tài)的響應(yīng)時間。一般需要響應(yīng)時間越快要好，越快響應(yīng)，下跌越小。

 

3、第三階段

 

第三階段為恢復(fù)階段。對于調(diào)頻控制來說，開關(guān)頻率從空載頻率開始變換。從恢復(fù)階段開始，輸出電壓下降的速率越來越小，一直到下降到下降速率為0，然后輸出電壓開始恢復(fù)上升。

 

4、第四階段

 

在該階段，輸出輸出電壓恢復(fù)上升，但由于**的原因，輸出電壓會保持在較低于空載輸出電壓的電壓。

 

5、第五階段

 

當(dāng)負(fù)載電流忽然變小時，或者忽然卸載時，輸出電壓會上沖。由于采樣的延遲，調(diào)節(jié)需要時間，當(dāng)控制開始響應(yīng)時，輸出上升的斜率變小，一直變小到0，然后開始恢復(fù)，但會恢復(fù)到略高于空載電壓的電壓。

 

3. LLC動態(tài)性能分析

 

從控制的角度分析，動態(tài)過程分為響應(yīng)過程和調(diào)節(jié)過程。想要有好的動態(tài)性能，響應(yīng)時間和調(diào)節(jié)時間均要短。

 

其中，響應(yīng)時間、調(diào)節(jié)時間和輸入輸出條件、LLC參數(shù)、信號采樣及控制參數(shù)有關(guān)。

 

3.1 信號采樣

 

采樣延遲

 

在實(shí)際布板中，考慮到諸多因素，采樣信號的位置也不相同，同一信號的不同采樣位置也可能導(dǎo)致信號的延遲和延遲程序的不同。

 

為了進(jìn)行采樣信號的匹配，一般會有運(yùn)放電路，運(yùn)放電路也有延遲，影響運(yùn)放電路的有電容和運(yùn)放的壓擺率。

 

由于在實(shí)際中，干擾是必不可免的，因此需要對信號進(jìn)行濾波，而濾波會帶來信號的延遲，濾波分為硬件濾波和軟件濾波。

 

采樣延遲分析

 

延遲不可避免，當(dāng)延遲大時，響應(yīng)時間變長。

 

而調(diào)節(jié)時間變換規(guī)律不明確，因?yàn)楫?dāng)響應(yīng)時間變長，則在響應(yīng)時，輸出電壓下跌更多，這時，進(jìn)行調(diào)節(jié)，輸出電壓誤差變大，能更快調(diào)節(jié)到需要調(diào)節(jié)的量，調(diào)節(jié)時間變短；調(diào)節(jié)時間變大，另一方面，輸出電壓下跌更多。

 

3.2 輸入條件

 

這里的輸入條件有母線電壓。

 

母線電壓

 

當(dāng)母線電壓不同時，滿載運(yùn)行時開關(guān)頻率不同。在突加載時，當(dāng)開關(guān)頻率同從200kHz變到滿載運(yùn)行頻率，所需的時間也不同，輸出電壓下跌的程度也不同。

 

 

如上圖所示，當(dāng)輸入電壓較高時，Vin2 > Vin1，對應(yīng)的滿載頻率f2 > f1，Δ f2 < Δ f1，則母線電壓高時，輸出電壓下跌小。

 

3.3 本身參數(shù)

 

這里的參數(shù)包括，LLC參數(shù)、變壓器參數(shù)和輸出電容。其他參數(shù)不是主要影響因素，只要在合理范圍內(nèi)即可。

 

3.3.1 諧振電感L

 

諧振電感影響著LLC的Q值。

 

 

其中，Cr為諧振電容，N為變壓器砸比，R0為輸出等效電阻。

 

Q和增益曲線相關(guān)，增益曲線越陡，控制精度越差；增益曲線越緩，調(diào)節(jié)困難，并且降低LLC的增益范圍。因此，曲線既不能太陡，也不能太緩。

 

當(dāng)Lr變大，Q變大，LLC增益曲線變得更陡，則增加了LLC的頻率變換速率。但是此時同一輸入輸出下，穩(wěn)態(tài)的頻率更小，需要更長的頻率調(diào)節(jié)。綜合來說，單純的更變諧振電感，對動態(tài)性能時改善還是變差，需要具體的數(shù)值定量計(jì)算，無法定性分析。

 

3.3.2 變壓器變比

 

在LLC參數(shù)確定之后，如果變壓器變比變化，也會引起動態(tài)性能的變化。

 

當(dāng)變壓器變比變大，而輸入輸出電壓不變，因此LLC的穩(wěn)態(tài)增益變小，LLC的穩(wěn)態(tài)工作頻率變大，因此動態(tài)性能將優(yōu)于變化之前的。

 

但是變壓器變比不能一直變大，會引起紋波問題，并且LLC的頻率整體變大，驅(qū)動變壓器熱增大，不利于電源效率等指標(biāo)，甚至有炸機(jī)風(fēng)險。

 

3.3.3 k值

 

k值越小，增益曲線的斜率越大，在實(shí)現(xiàn)同增益變化量的情況下，其開關(guān)頻率的改變范圍越小，易于磁性元件的優(yōu)化設(shè)計(jì)。而在諧振頻率一定時，K值越小，勵磁電感Lm越小，勵磁電流越大，增加了電路的損耗。

 

3.4 控制

 

常用的控制為PI控制。傳函表達(dá)式為：

 

 

其中，Kp為比例系數(shù)，Ti為積分系數(shù)。

 

Kp越大，響應(yīng)越快，可以改善動態(tài)性能。但過大會引起振蕩。

 

減小Ti在一定程度上也可以增快響應(yīng)，改善動態(tài)。但是太小也會振蕩。