交错并联全桥LLC电路的工作原理

该电路一般用于输入线电压为380V的三相整流模块的DC-DC变换电路。对于此类整流模块，母线电压一般在800V左右。如果DC-DC变换电路依旧采用单个的两电平LLC电路，DC MOS管必须采用1200V耐压的MOS管。当前市面上这种MOSFET较少，且价格都很贵。另外，常规的1200V高压MOSFET，其导通电阻比600V MOSFET的Rds(on)高，不容易实现高效率的要求。选择ISOP交错并联LLC拓扑，就可以继续采用600V的MOS管，型号丰富，成本低，且模块效率高。

 

 

图1 交错并联全桥LLC拓扑主电路

如图1所示，该拓扑由2个全桥LLC电路(LLC1和LLC2)组成。其中，LLC1由

Cp/Q1~Q4/Cr1/Lr1/Tr1/D1~D4组成，LLC2由Cn/Q5~Q8/Cr2/Lr2/Tr2/D5~D8组成。LL1和LLC2在变压器原边串联，在变压器副边并联，组成ISOP结构。

图1中，Q1-Q8的驱动电压为Vgsa/Vgsb/Vgsc/Vgsd。四个驱动电压的频率相同，占空比均为0.475(PFM态时，考虑500ns死区)。在控制上，Vgsa/Vgsb为互补发波，Vgsc/Vgsd为互补发波。LLC1的PWM发波，比LL2要超前或滞后1/4个PWM周期，以达到交错控制的目的。超前1/4个周期时的发波情况如图2所示。

 

 

图2 ISOP交错并联全桥LLC拓扑的发波情况

与图2中的发波对应，流过LLC1谐振电感的电流，要比流过LLC2谐振电感的电流超前90度。通过整流后，两路LLC的副边整流二极管输出电流，相位相差了90度。实际副边整流出来的总电流波形，是两个LLC副边整流波形之和。仿真得出的整流二极管输出电流的仿真波形如图3红色波形所示。

 

 

图3 单边LLC和整个拓扑的副边整流二极管输出电流波形情况

图3中，is_llc1和is_llc2分别为LLC1的副边二极管输出电流波形，is该拓扑的副边整流二极管输出的总电流。在任何时刻，is的值等于is_llc1和is_llc2之和。从图中可见，相较于单路LLC的副边电流波形，交错并联拓扑得出的副边电流波形，其电流纹波小得多。因而，可以省掉输出差模电感，降低输出滤波器的体积，进一步提高效率。

这里以fs>fr为例，来说明交错并联拓扑的工作过程。图5是267.5V/满载输出时的DCDC拓扑仿真波形。

 

 

图5 267.5V/满载输出时的DCDC拓扑仿真波形

图5中，i_lr_llc1和i_lr_llc2分别为流过LLC1和LLC2谐振电感的电流，i_lm_llc1和i_lm_llc2分别为流过LLC1和LL2主变励磁电感的电流，is_llc1和is_llc2分别为LLC1和LLC2副边整流二极管输出的电流;is为所有副边二极管输出的总电流。下面分模态描述交错并联拓扑的工作状态。

Model 1(T0-T1)：

对于LLC1，T0时刻，Q2/Q3关断，原边电流沿着Q1/Q4的反向体二极管续流。在T0-T1期间，原边谐振电流i_lr_llc1大于主变的励磁电感电流i_lm_llc1，i_lr_llc1给母线电容/励磁电感充电，同时向副边提供能量，副边的D2/D3导通。i_lr_llc1作为提供能量的源头，电流快速下降，而i_lm_llc1依旧在线性上升。

对于LLC2，T0-T1时间段内，都是Q2/Q3导通，D6/D7导通，原边向副边传递能量。

 

 

图6 T0-T1时间段内的电流流向示意图

Model 2(T1-T2)：

对于LLC1，到T1时刻，i_lr_llc1下降到等于i_lm_llc1，此时副边的D2/D3过零关断。在T1-T2期间，励磁电感电流i_lm_llc1线性下降，励磁电感给副边提供能量，D1/D4导通。由于Lm不参与谐振，原边电流依旧按照谐振频率的正弦波形下降，通过Q1/Q4的体二极管给母线电容充电，并将Q1/Q4对应的Cds体电容反向充至0V，将Q2/Q3的体电容充至母线电压。

对于LLC2，T1-T2时间段内，都是Q2/Q3导通，D6/D7导通，原边向副边传递能量。

 

 

图7 T1-T2时间段内的电流流向示意图

Model 3(T2-T3)：

对于LLC1，到T3时刻，Q1/Q4开通。由于此时谐振电流依旧为负，Q1/Q4的体二极管在续流，Q1/Q4实现零电压开通(ZVS)。在T2-T3期间，励磁电感Lm一直在向副边传递能量，不参与谐振。原边电流依旧按照谐振频率的正弦波形变化。

对于LLC2，T2-T3时间段内，都是Q2/Q3导通，D6/D7导通，原边向副边传递能量。

 

 

图8 T2-T3时间段内的电流流向示意图

Model 4(T3-T4)：

LLC1的工作状态，类似于Model 1的LLC2的工作模态，但开关管状态与之对称，如下图所示;

LLC2的工作模态，和Model 1的LLC1的工作模态相同;

 

 

图9 T3-T4时间段内的电流流向示意图

Model 5(T4-T5):

LLC1的工作状态，类似于Model 1的LLC2的工作模态，但开关管状态与之对称，如下图所示;

LLC2的工作模态，和Model 1的LLC1的工作模态相同;

 

 

图10 T4-T5时间段内的电流流向示意图

LLC1的工作状态，类似于Model 1的LLC2的工作模态，但开关管状态和电流流向与之对称，如下图所示;

LLC2的工作模态，和Model 1的LLC1的工作模态相同;

 

 

图11 T5-T6时间段内的电流流向示意图

至于T6-T7/T7-T8/T8-T9的工作模态，分别与Model1/Model2/Model3类似，但全部开关管状态和电流流向与之对称;T9-T10/T10-T11/T11-T12的工作模态，分别与Model4/Model5/Model6类似，但全部开关管状态和电流流向与之对称。这里不再详细分析。

从上述波形和分析可知，LLC1和LLC2确实是各自独立工作，互不影响。