LLC負載諧振槽路及其特性分析綜述1.1負載匹配諧振槽路結(jié)構(gòu)分析基于LLC諧振負載的感應(yīng)加熱電源的等效控制電路結(jié)構(gòu)如圖2-1所示，其負載匹配諧振電路的控制電路結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。其中，負載傳感器和線圈的等效電路主要由L和R兩部分構(gòu)成；圖中另外一個補償元件Zs所產(chǎn)生的電抗是容行的還是感性的，取決于補償電容C的不同。負載諧振槽路S負載諧振槽路S1S2S3D33S4 D1 D2 US D4圖2-1基于LLC諧振負載感應(yīng)加熱電源 L R ZS C圖2-2負載匹配諧振槽路等效結(jié)構(gòu)假定兩個需要與額定負載相互電壓匹配的常用電阻值分別為R和R1，對于額定電壓條件下的固定電壓感應(yīng)式諧振加熱線路電源，已知固定感應(yīng)加熱線圈的常用電阻系數(shù)Z和Z為電感L的電阻值，則由表示如下公式圖2-2知，諧振加熱電路的常用電阻R和Z分別表示為(2-1)可以清楚地看出，如果一個需要進行調(diào)整的電容器負載上的電阻值為R1，則這個電容器C可以分別具有兩種相同的選擇，欠電流補償和過補償。兩種補償電路的拓撲結(jié)構(gòu)如圖2-3所示。 LR LS L R CS C Ca過補償電路b欠補償電路圖2-3兩種補償電路通過對逆變器開關(guān)損耗的研究結(jié)果表明，欠補償方法逆變器的導(dǎo)通損耗遠遠大于過補償方法逆變器的導(dǎo)通損耗[12]。1.2LLC負載諧振槽路的特性分析LLC負載諧振回路結(jié)構(gòu)圖如下表所示。其中，uin和i1分別是一個低電壓式逆變器的輸入電壓和交換信號電流；C是一個補償電容；L2和R之間形成了一個稱為感應(yīng)式加熱線圈的等效電路；R1是諧振回路中的等效電阻；其中電感L1是一個傳統(tǒng)的感性補償元件。i2uC Ci2uC C uin R 圖2-4LLC負載諧振槽路LLC負載的阻抗表達式為：(2-2)通過基本電路分析可以看出，諧振回路具有串聯(lián)諧振角ω0和并聯(lián)諧振角頻率ω1，可以通過公式2-2獲得：(2-3)其中，L=L1//L2。LLC負載的幅值特征及相頻性能如圖2-5所示。由此我們可以得知，在一個諧振電路中有兩個諧振點，這兩個諧振點就會將其相頻特征劃分為三個組成部分:例如，當(dāng)ω1<ω或ω>ω0時，諧振電路的相角應(yīng)該大于零，并且該諧振電路是在串聯(lián)連接的電感狀態(tài)下才能正常工作，具有串聯(lián)諧振的特殊性質(zhì)；例如，當(dāng)ω1<ω<ω0時，諧振電路的交流相角值應(yīng)小于零，電路就工作在電容狀態(tài)，具有并聯(lián)諧振的特殊性質(zhì)。 z(ω) 40 20 0ω0ω1Phase(deg) ω0ω1Phase(deg) 45 0 -45 0 Frequency(rad/sec)106 ω圖2-5LLC負載的幅頻特性與相頻特性為了增大功率并減少開關(guān)損耗，逆變器應(yīng)處于串聯(lián)諧振狀態(tài)[13]，即在ω>ω0的范圍內(nèi)。該諧振電路器件中的一個理想頻率工作點通常是電磁諧振電路頻率工作點中的ω0定義函數(shù)為以下幾個函數(shù)變量:(2-4)當(dāng)電路工作在諧振點ω0時，根據(jù)2-2式可以求出此時的阻抗為：(2-5)根據(jù)式2-5可得，諧振時，負載的阻抗角θ為：(2-6)當(dāng)電路以諧振點ω0工作時，處于較小的電感狀態(tài)。1.1.1負載電流分析LLC負載功率諧振直流逆變器的輸入電流功率i1可以被廣泛設(shè)計用來成為用于識別整個流經(jīng)帶電感應(yīng)驅(qū)動開關(guān)控制線圈的輸入電流功率i2遠于或大于識別流經(jīng)電感器電流L1的輸出電流功率i1，從而可以使得識別流經(jīng)帶電感應(yīng)控制開關(guān)線圈器件的輸出電流在整個負載從低接收功率到較高電流功率期間變化較小，并且開關(guān)的負載很低?？紤]到直流逆變器的直流輸出穩(wěn)壓電流中的i1和其中流經(jīng)供電負載L的直流輸入穩(wěn)壓電流i2之間的相互關(guān)系，并將Hi定義為：(2-7)則由電路理論和圖2-4可得，(2-8)(2-9) (2-10)設(shè)Den(ω)=(1?ω2L2C)2+ω(2-11)可以求得，當(dāng)(2-12)時|Hi(ω)|取最大值。將式2-10代人式2-8，求出|Hi(ω)|的最大值為(2-13)當(dāng)Q1?(2-14)i2與i2之比Hi(ω)的阻抗特性曲線如圖2-6所示。根據(jù)幅值特性和相頻特性曲線對比我們幾乎可以清楚地由此看出，當(dāng)ω=ωHi(ω)ωω1＇200-20-40Phase(deg)-45Phase(deg)-90-135-180 105106107(rad/sec)圖2-6Hi(ω)的阻抗特性曲線當(dāng)時Hi(ω)(2-15)(2-16)當(dāng)Q1?1(2-17)公式2-17表明，輸出電源負載以諧振頻率ω0正常運行時，該電路有換流作用。在諧振電路中，可以通過改變L1/L2在最大功率點處，曲線|Hi(ω0|Hi(ω0)|逐漸增加；隨著品質(zhì)因數(shù)Q的增加，Q的影響越來越小，當(dāng)Q增加到某個值時，|Hi(ω101086420Q=5=10QQ=15=25Q 0246810L1/L2)圖2-7|Hi(ω0)|隨β的變化曲線諧振逆變器的最高輸出功率可用式2-8表示：(2-18)根據(jù)式2-18可以清楚地看出，流過感應(yīng)線圈的最大電流i2max為(2-19