LLC

Резонансные LLC-преобразователи. Часть вторая: от прямоугольных импульсов к синусоидальным сигналам

В статье объясняется, как преобразовать прямоугольный периодический сигнал в сигнал синусоидальной формы, используя фильтр нижних частот.
1810
В избранное

В первой статье серии «Резонансные LLC-преобразователи. Часть первая: Введение» было сказано, что для работы резонансного LLC-преобразователя требуется создание первичного синусоидального тока, который передается на вторичную обмотку трансформатора, а затем выпрямляется и фильтруется с помощью большого конденсатора, как показано на рис. 1.

Схема резонансного LLC-преобразователя

Рис. 1. Схема резонансного LLC-преобразователя

В данной статье объясняется, как преобразовать прямоугольный периодический сигнал в сигнал синусоидальной формы, используя фильтр нижних частот. Прямоугольный сигнал может быть получен путем суммирования нечетных гармоник синусоидальных сигналов (формула 1):

LLC_rez_formula.png (1 KB)

Суммирование нечетных гармоник можно пояснить более простым способом.

Прямоугольный сигнал амплитудой 1 В и частотой 50 Гц равен сумме:

(4/π)(1 В синусоидальный сигнал частотой 50 Гц)

+ (4/π)(1/3 В синусоидальный сигнал частотой 150 Гц)

+ (4/π)(1/5 В синусоидальный сигнал частотой 250 Гц)

+ (4/π)(1/7 В синусоидальный сигнал частотой 350 Гц)

+ (4/π)(1/9 В синусоидальный сигнал частотой 450 Гц)

+ бесконечное число слагаемых

В резонансных LLC-преобразователях используется более высокая частота переключений. Вместо 50 Гц, как в рассмотренном примере, применяется 90 кГц или выше. Если разбить прямоугольный сигнал 90 кГц на гармонические составляющие, можно получить бесконечное число синусоидальных сигналов с увеличивающейся частотой и уменьшающейся амплитудой (рис. 2).

Прямоугольный сигнал может быть представлен в виде гармоник синусоидального сигнала

Рис. 2. Прямоугольный сигнал может быть представлен в виде гармоник синусоидального сигнала

Обратное суммирование осциллограмм, представленных на рис. 2, позволяет получить сигнал, форма которого приближается к прямоугольной (рис. 3).

Суммирование нечетных гармоник позволяет получить прямоугольный сигнал

Рис. 3. Суммирование нечетных гармоник позволяет получить прямоугольный сигнал

Чем больше гармоник суммируется, тем ближе форма результирующего сигнала к прямоугольной (рис. 4).

Сигнал, полученный в результате суммирования 11 гармоник

Рис. 4. Сигнал, полученный в результате суммирования 11 гармоник

По мере увеличения числа суммируемых гармоник их вклад в результирующий сигнал снижается из-за уменьшения амплитуды высокочастотных составляющих. При сложении 19 гармоник влияние высших гармоник становится минимальным (рис. 5).

Сигнал, полученный в результате суммирования 19 гармоник

Рис. 5. Сигнал, полученный в результате суммирования 19 гармоник

Если отфильтровать суммарный сигнал с помощью фильтра нижних частот, то его гармонические составляющие будут выглядеть, как показано на рис. 6.

Гармонические составляющие отфильтрованного сигнала

Рис. 6. Гармонические составляющие отфильтрованного сигнала

Сумма этих осциллограмм выглядит как исходная синусоидальная волна (рис. 7).

Суммирование отфильтрованных гармоник

Рис. 7. Суммирование отфильтрованных гармоник 

Теперь мы определились с базовыми особенностями работы резонансного LLC-конвертера и пояснили, как использовать традиционный импульсный источник питания для создания синусоидального сигнала. Существует гораздо больше особенностей работы LLC-конвертера, поскольку это сложный преобразователь со многими режимами работы. В последующих статьях мы рассмотрим их подробнее.

Литература 

  1. Topology Investigation for Front End DC/DC Power Conversion for Distributed Power Systems” Bo Yang Dissertation submitted to the Faculty of the Virginia Polytechnic Institute and State University in partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy in Electrical Engineering, Fred C. Lee, Chairman; Dushan Boroyevich; Jason Lai; Guo-Quan. Lu; Alex Q. Huang; September 12, 2003 Blacksburg, Virginia
  2. Basic Principles of LLC Resonant Half Bridge Converter and DC/Dynamic Circuit Simulation Examples”, On Semiconductor LLC Application Note AND9408/D.
  3. RLC Resonant Circuits” Andrew McHutchon April 20, 2013.
  4. 11 The Series RLC Resonance Circuit.
  5. 'Resonant LLC Converter: Operation and Design 250W 33Vin 400V out Design Example'AN2012-09 Sam Abdel-Rahman, Infineon Technologies North America (IFNA) Corp.
  6. “Design Considerations for an LLC Resonant Converter” Fairchild Semiconductor Power Seminar 2007 Appendix A: White Papers; couldn’t get a website URL; suggest you Google the text in brackets[“Design Considerations for an LLC Resonant Converter” Fairchild Semiconductor Power Seminar 2007 Appendix A: White Papers].
  7. SIMULATION OF A SERIES HALF BRIDGE LLC RESONANT CIRCUIT” ECE562: Power Electronics I COLORADO STATE UNIVERSITY Fall 2011.
  8. 230-V, 400-W, 92% Efficiency Battery Charger w/PFC and LLC for 36-V Power Tools” Texas Instruments Reference Design, TIDA-00355.
Журнал: www.planetanalog.com
Производитель: Texas Instruments
Наименование
Производитель
Описание Корпус/
Изображение
Цена, руб. Наличие
UCC25600EVM
UCC25600EVM
Texas Instruments
Арт.: 428945 ИНФО PDF AN RD
Доступно: 5 шт.
Выбрать
условия
поставки
LLC Resonant Half-Bridge Converter 300-W Evaluation Module
UCC25600EVM от 128105,00
5 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
TMDSHVRESLLCKIT
TMDSHVRESLLCKIT
Texas Instruments
Арт.: 735842 ИНФО PDF
Доступно: 37 шт.
Выбрать
условия
поставки
Набор C2000TM High Voltage Resonant LLC Developer’s Kit создан, чтобы показать пользователю как быстро реализовать резонансный DC/DC преобразователь с топологией LLC и цифровым управлением USB-JTAG XDS100 ISO
TMDSHVRESLLCKIT от 45143,40
37 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
UCD3138ALLCEVM150
UCD3138ALLCEVM150
Texas Instruments
Арт.: 1922952 ИНФО PDF AN RD
Доступно: 3 шт.
Выбрать
условия
поставки
UCD3138A LLC Evaluation Module
UCD3138ALLCEVM150 от 47938,90
3 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
UCC25630-1EVM-291
UCC25630-1EVM-291
Texas Instruments
Арт.: 2573117 ИНФО PDF AN
Доступно: 35 шт.
Выбрать
условия
поставки
UCC256301 LLC Evaluation Module
UCC25630-1EVM-291 от 19750,20
35 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
Производитель: Infineon Technologies Ag (Siemens Semiconductors)
Наименование
Производитель
Описание Корпус/
Изображение
Цена, руб. Наличие
EVAL600W12VLLCC7TOBO1
EVAL600W12VLLCC7TOBO1
Infineon Technologies Ag (Siemens Semiconductors)
Арт.: 2278143 ИНФО PDF RD RND
Доступно: 1 шт. от: 61875 руб.
Оценочный набор на основе платы 600 В полумостового LLC каскада импульсного источника питания сервера.
EVAL600W12VLLCC7TOBO1 от 61875,00
1 шт.
(на складе)
EVAL3KW2LLCC720TOBO1
EVAL3KW2LLCC720TOBO1
Infineon Technologies Ag (Siemens Semiconductors)
Арт.: 2278147 ИНФО PDF RD
Доступно: 3 шт. от: 60900 руб.
Оценочная плата 3кВт двухфазного LLC решения Infineon для DC-DC каскада SMPS.
EVAL3KW2LLCC720TOBO1 от 60900,00
1 шт.
(на складе)
2 шт.
(под заказ)

Сравнение позиций

  • ()