[小M全新力作-修稿]PFC_LLC电源设计全攻略:从原理学习到SIMULINK仿真到EDA板实战,再到实物电源调试

未完结

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LLC

__2025.1.13

MOS

ZVS ZCS

重锁粥支,MOS管由于设计工艺,总会产生一些寄生元件如:寄生电容(pf级)、寄生电阻、寄生二极管等

由于这些MOS参数,会导致MOS的导通和关断并不会根据方波信号,完美的进行导通关断(寄生电容的充电放电会导致开关时又一定斜率)

此时,为了减小开关损耗,我们需要零电压或零电流开关

我们要达到零电压开通和零电流关断,就要将原本电压电流关联的这两个物理量‘’拉开‘’,方法便是通过谐振,因为感性电路可以让电压比电流提早一个相位,容性电路可以让电流比电压提早一个相位

零电压开通就要将寄生的Cds充电使得moa两端无压差

零电流关断就要在振起来的电流波形时在过零点是开通mos

注意:ZVS ZCS 的需求是针对一个MOS管启动的损耗功率

我们要zvs就需要反向的一个电流(同向于体二极管)来让Cds压差为0

  • 补充:ZCS通常使用于IGBT,他在关断时,会存在拖尾现象,关断损耗大,故需要ZCS

死区时间

重锁粥支,我们上下桥臂的MOS不能同时导通(没人会短路电源吧)

此时,我们需要上下桥臂的MOS 有死区时间使得两个MOS不会同时导通,如图

注意:死区时间的需求是针对两个MOS管启动的损耗功率

谐振腔LLC

  • 补充:有点好奇谐振腔必须在高压侧吗,在低压侧会有什么影响(高压侧电流低,谐振电容不易发热)
振荡

振荡的基本条件是,电流电压相位相差180,通过正反馈将能量在电感电容中转移,否则能量可能无法完整转移,而L提供+90,C提供-90

在上一部分中谈到了ZVS ZCS,实现方法就是通过谐振腔体,当谐振腔呈感,电流才会滞后于电压当电压上去时,电流还是负的,利用这个负的电流来充放电寄生电容

开关要大于谐振频率

LLC为什么叫LLC:激磁电感,谐振电感,谐振电容三者的能量传递(详见工作分析)

驱动波形测量

!!!在测量上下管驱动波形时,切忌用两个通道分别接两mos的ds端!!!

会导致谐振腔高电压与地相连短路!!!要不是我犹豫了一下,过年要损失一台示波器 : ((有差分探头当我没说)

LLC在欠谐振状态下为什么可以实现增益大于1或者说怎么实现升压

[分压定理]依然适用,欠频时,Cr串Lr显容性,R并Lm显感性,则Vout=Vin*感性/(感性+容性),显然分母的感性被削弱,使得 感性/(感性+容性)>1,即Vout>Vin。

PFC

__2025.1.24——11:21

零、全波整流滤波|基波谐波|功率(导)
  • 我们先通过全波整流电路将交流转直流,大电容将馒头波尽量滤去为直流电压

    • 后端的boost升压电路需要直流输入
  • ……谐波、基波

    • 任何周期性信号都可以分解为基波和谐波的叠加
    • 谐波是频率为基波频率整数倍的正弦波成分
    • 谐波产生原因:负载了非线性元件(二极管半波整流产生偶次谐波)
  • 功率

  • 视在功率

  • 有功功率

  • 无功功率

  • tip:功率补偿和功率因数校正——功率补偿通常是感性用电器(电机)的无功功率在长距离的传递中变为热量损耗

  • 功率因数(PF) = 有功功率/ 视在功率。ϕ是电压和电流之间的相位角

  • 目的就是让输入电流趋向于正弦波,输入电流跟随输入电压=即降低无功功率损耗

    • 当电流不为正弦波-即有谐波成分,导致高无功功率电流输入不稳定
一、升压390V

在这里插入图片描述

在AC输入正弦波k值为0时,电容电流为0……具体分析见手稿

在这里插入图片描述

可以看出,AC输出的电流会有突变(上图由于比例尺不明显,可看上上图,电压源是5v也使得电流突变不明显)

突变原因分析仿真可以得出,是由于在AC正弦电源输入中有一段 时间的电压是低于电容两端电压,导致整流二极管截止,因而使得输入电流呈现脉冲状

  • b此时,PFC的作用便是维持整流二极管的导通使得电流跟随电压波形变化,方法便是提高PFC电路输出电压注意:PFC电路是整流电路与电容之间的电路(暂时看作boost无妨),即使得电容电压永远小于经过PFC升压的电压,维持滤波电容充电状态,维持整流二极管导通——即可解决整流二极管断续导通,电流波形呈尖脉冲状态

手稿__无PFC电路(全波整流+滤波电容)工作状态分析

2025.2.5——5:50

  • 粉色-输出电容电压|红色-整流桥后全波整流电压|蓝色-电源输入电流

t0-t1:输出滤波电容电压大于全波整流后电压,二极管截止,即电容向负载供电

t1-t2:全波整流后电压大于滤波电容电压,由电源开始向负载和电容供电

t2-t3:由于输入正弦波到达峰值下降,而电容的指数放电特性电压下降慢,电压值大于整流电路后电压,二极管截止

  • 这种状态导致电源输入不稳定,同时电流极大(同时给电容和负载供电),有尖峰

  • 补充:当滤波电容越大,放电速率就会越短,二极管导通时间就会越短(到下一周期电容电压与整流后电压相交时间越靠后),电源电流畸变尖峰就会越大

二、输入电流转正弦波

2025.1.27 ——1:44

  • 对着开关电源技术设计与网上论文与资料,LLC电路分析了好几天,想死,每个阶段,每个元件I,U状态,电容电感充放电,MOSFET寄生参数,分析得想吐,也许我确实没这能力,一个月PFC_LLC的进度又要多一项任务:simulink
  • 疯了!头好痛!

SIMULINK仿真分析

__2025.1.27——2:19

截至目前,编者在B站,CSDN没有能找到能让本傻瓜理解的LLC电路讲解,“张飞实战电子”团队的“”姜维老师“在工作状态分析中前后电流分析流向矛盾,

LLC

在这里插入图片描述

仿真出了欠谐振状态!

工作状态分析

在这里插入图片描述

t0(下管关断到上管开通):G1寄生电容完全放电

PFC

工作状态分析

+ 占空比前馈(BOOST控制基础)
  • 预先给定一个稳态占空比,再根据PID差值将函数状态趋于稳定3
    • 若没有预先给定,则PI的算法会大大增加进入稳态的时间
  • EXP:我们要让输出380V-DC,0.421的占空比,直接给Ig占空比0.421,不必让占空比由0开始增加
  • 补充:同时可以去除D算法,在没有占空比前馈时,严重过冲(由于P和高压引起的巨大差值)

由于

电压环|电流环

  • 电压环的运行速度一定要小于电流环的参考速度(电压环的输出作为电流环的参考输入,如果电压环速度过快,导致电流环跟不上电压环速度,无法进入稳态)

    • 电压环——慢速环;电流环——快速环
  • 控制原理

    • 输出电压-参考电压=误差电压
    • 误差电压进入电压环计算=参考电流
    • 电感电流-参考电流=误差电流
    • 误差电流进入电流环计算=MOS占空比值
  • 电感电流的测量——由于直接测量电感电流adc输出(220ac高压不方便采样)

    • 我们转为测量MOSFET电流(BOOST基本原理详见上文
  • I电感与Vout正相关

  • 占空比D=1-Vin/Vout

BOOST

工作状态
  • boost在开关管开通和关断区间工作状态不同

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