LLC Rezonans Çevirici için Dizayn Değerlendirmesi (Article)

Son zamanlarda LLC Rezonans çeviriciler geleneksel seri ve paralel rezonans çeviricileri üstündeki avantajlarından kaynaklı dikkat çekmektedirler.Geniş yük ve giriş değişimi,ve anahtarların tüm yük aralıklarında ZERO VOLTAGE SWITCHİNG (ZVS) çalışması karşısında dar bir frekans değişimine sahiptir.

Giriş:

Artan güç yoğunluğu talebi ve güç çevirici dizaynında düşük profil, dizayncıları anahtarlama frekansını arttırmaya zorladı.Yüksek frekansta çalışmak büyük ölçüde pasif elemanların boyutunu azaltır,örneğin trafo ve filtreler.Fakat,anahtarlama kayıpları yüksek frekansta çalışmaya engel haline geldi.Böylece anahtarlama kayıplarını azaltmak için ve yüksek frekansta çalışmak için rezonans anahtarlama tekniği geliştirildi.

Geleneksel rezonans çeviriciler rezonans ağı olarak kapasitöre seri bağlı bobin kullanırlar.Yük bağlantı için iki devre vardır.Seri ve Paralel bağlantı.

• Seri Resonans Çeviriciler için , doğrultucu-yük ağı L-C rezonans ağa seri bağlanmsıştır.Bu devreden yük ve rezonans ağı voltaj bölücü gibi davrandığını görürüz.Sürücü Voltajın (Vd) frekansını değiştirerek,Rezonans ağın empedansını değiştirebiliriz.Giriş voltajı bu empedans ve yük arasında ayrılır.Bu bir voltaj bölücü olduğu için SRC’nin DC kazancı her zaman 1’den daha azdır.Hafif yük durumunda,yükün empedansı rezonans ağın empedansına göre çok daha büyük olur.Tüm giriş voltajı yükte okunacak.Bu çıkışı regüle etmeyi çok zorlaştırır ve teoride frekans,çıkışı regüle etmek için yüksüz durumda sonsuz olmalı.
• Paralel Rezonans Çevirici için,doğrultucu-yük ağı resimde gösterildiği gibi rezonans kapasitörü ile paralel yerleştirilmiştir.Yük rezonans ağı ile paralel bağlandığı için,orada kaçınılmaz bir şekilde dolaşan büyük biktarda bir miktarda akım varoluyor.Bu durum paralel rezonans topolojisini yüksek güç uygulamalarında uygulamayı zor kılıyor.
• Bu geleneksel rezonans çeviricilerin sınırlamalarını çözmek için ,LLC rezonans çeviriciler önerildi.Ve bu yeni çeviricilerin geleneksel rezonans çeviricileri üzerinde pek çok avantajları vardır.

1. Çıkışı geniş gövde ve yük varyasyonu karşısında regüle edebilir.(Küçük bir anahtarlama frekansı değişikliğiyle)
2. Bütün çalışma aralıklarında Zero Voltage Switcing (ZVS) elde edilebilir.

 

Dizayn prosedürünü açıklamak için 120W/24V çıkışlı DC/DC çevirici kullanılacak.

Çalışma Prensipleri ve Temel Yaklaşım:

 

 

 

 

 

 

 

• Şekildeki devrede görüldüğü gibi, Lm mıknatıslama endüktans trafosu,Llkp ve Llks sırasıyla primer ve sekonder tarafta kaçak endüktanstır.Çalışma olarak geleneksel LC seri rezonans çeviricilere benzerler.Tek fark , mıknatıslama endüktansının değeri nispeten küçük ve böylece,Lm+Llkp ve Cr arası rezonans çevirici çalışmasını etkiler.Mıknatıslama bobini nispeten küçük olmasından ötürü,kayda değer bir miktar mıknatıslama akımı (Im) grafikte görüldüğü gibi oluşur.

Genel olarak LLC rezonans topolojisi 3 kısımdan oluşur.

1. Kare dalga oluşturucu.
2. Rezonans ağı.
3. Doğrultucu ağı.

• 1. Kısım Vd kare dalga voltajını Q1 ve Q2 anahtarlarını sürerek üretir.Her anahtar %50 duty cycle ile değişir.Bu kısım tam ve ya yarım dalga köprü tipi ile dizayn edilebilir.
• 2.Kısım kapasitör,kaçak endüktans ve trafonun mıknatıslama endüktansından oluşur.Rezonans ağ filtreleri daha yüksek harmonik akımlara sahiptir.Böylelikle,temel olarak ağa kare dalga voltajı uyugulanmasına rağmen sadece sinüssel akım ağdan geçebilir.Ip akımı rezonans uygulanan voltaj karşısında gecikir.Bu durum Mosfetlerin sıfır voltajda açık olmasına izin verir.Grafikte görüldüğü gibi akım hala antiparalel diyota doğru akarken Mosfet açıktır ve volt’u 0’dır.
• 3.kısımda AC akım doğrultucu diyot ve kapasitörler ile doğrularak DC volt üretilir.Bu ağ Tam Dalga Köprü ve ya Center Tapped (kapasitif çıkış filtreli) uygulanabilir.

*Rezonans çeviricinin voltaj kazancı elde etmesi için rezonans ağın filtreleme eylemleri bize klasik temel yaklaşımları kullanmaya izin verir.İkincil taraftaki doğrultma devresi empedans trafo gibi davranır.Eşdeğer yük direnci gerçek yük diencinden farklıdır.Yukarıdaki devre eşdeğer direnci nasıl türetildiğini gösterir.Birincil kısıma sinüsel akım kaynağı koyulmuştur.

 

KAYNAK:

Design Considerations for an LLC Resonant Converter Hangseok Choi Fairchild Semiconductor 82-3, Dodang-dong, Wonmi-gu Bucheon-si, Gyeonggi-do, Korea