Trong những năm gần đầy bộ biến đổi LLC được sử dụng ngày càng tăng. Có thể sử dụng các thành phần điện cảm của máy biến áp có sẵn để tiết kiện được diện tích thành phần từ hóa. Do đó, điều kiện chuyển mạch mềm từ không tải đến đầy tải có thể thực hiện được.
Cấu trúc LLC là cấu trúc của bộ biến đổi nguồn dòng. So với cấu trúc nối tiếp, cấu trúc bộ biến đổi LLC có thêm thành phần cuộn dây Lm mắc song song với biến áp trong khối cộng hưởng tạo một mạch vòng điện khi đầu ra biến áp hở mạch. Vì vậy, miền chuyển mạch ZVS rộng hơn khi giảm tải so với cấu trúc nối tiếp.
Hình 3.7: Sơđồ cấu trúc bộ biến đổi LLC
Ưu điểm của bộ biến đổi LLC:
Có thể dể dàng thiết kế với dải điện áp đầu vào rộng, giảm tổn thất chuyển mạch thông qua độ chuyển mạch ZVS dẫn đến nâng cao hiệu suất, dải tần số thay đổi trong khoảng hẹp với tải thay đổi rộng, chuyển mạch ZVS với cả chếđộ không tải.
Với những ưu điểm đó, bộ biến đổi LLC có thểđáp ứng được những yêu cầu cho ứng dụng cho bộ biến đổi DC-DC front end.
Nguyên lý hoạt động của bộ biến đổi half – bridge LLC
Dựa trên cấu trúc của bộ biến đổi half – bridge LLC ở tần số chuyển mạch bằng tần số cộng hưởng gây ra bởi Lr và Cr. Khi đó cuộn dây từ hóa có ảnh hưởng rất nhỏ, dòng điện Im tồn tại trên vòng dây sơ cấp của biến áp. Dòng điện bên phía sơ cấp Ip là tổng của dòng điện từ hóa và dòng điện được biến đổi sang phía thứ cấp.
Bộ biến đổi gồm ba thành phần: khối phát xung vuông, khối cộng hưởng và khối chỉnh lưu ( hay chỉnh lưu đồng bộ)
Khối phát xung vuông tạo ra một điện áp xung vuông có độ lớn Vd bằng cách phát xung vào hai van Q1 và Q2 với độ rộng xung là 50% trong mỗi chu kỳ. Có một khoảng thời gian deadtime nhỏ tại điểm chuyển van.
Khối cộng hưởng lọc các thành phần dòng điện dao động tần số cao để được dòng điện hình sin qua mạch cộng hưởng. Dòng điện Ip trễ pha hơn so
với điện áp đặt vào khối cộng hưởng ( là thành phần cơ bản của điện áp xung vuông đưa vào khối cộng hưởng) để cho Mosfet được mở van với chuyển mạch điện áp bằng không.
Hình 3.8: Dạng sóng dòng điện và điện áp của bộ chuyển đổi half – bridge LLC
Khối chỉnh lưu tạo ra điện áp một chiều bằng cách chỉnh lưu dòng điện xoay chiều với bộ chỉnh lưu diode và một tụ lọc đầu ra. Bộ chỉnh lưu sử dụng sơ đồ chỉnh lưu cầu.
Việc lọc các mạch cộng hưởng cho phép sử dụng các phép xấp xỉ cơ bản để thu được hệ số khuếch đại điện áp của bộ biến đổi. Giả sử chỉ có thành phần cơ bản của xung điện áp hình vuông đưa vào khối cộng hưởng tham gia vào việc truyền công suất tới đầu ra. Vì mạch chỉnh lưu phía thứ cấp làm việc như máy biến áp điện cảm. Điện trở tải tương đương khác với điện trở tải thực
Hình 3.9: Điện trở tải tương đương
Hình 3.9 thể hiện sự xuất phát của điện trở tải tương đương. Mạch điện phía sơ cấp của biến áp này được thay thế bởi nguồn dòng hình sin và nguồn điện áp dạng xung vuông đặt ởđầu vào của khối chỉnh lưu. Ta có
( 3.1)
( 3.2)
Khi đó điện trở tải tương ứng AC được tính theo công thức
( 3.3)
Quy đổi về phía sơ cấp của biến áp ta có:
(3.4 )
Sử dụng điện trở tải tương đương, mạch điện tương đương AC thu được thể hiện trên hình 3.9.
Hình 3.10: mạch điện tương đương của bộ biến đổi half – bridge LLC
Trong đó và là các thành phần cơ bản.
Sử dụng mạch điện tương đương nhưở hình 3.10, ta có thể tín được hệ số khuếch đại điện áp M:
( 3.5)
Từ biểu thức M, ta thấy có hai tần số cộng hưởng: được tạo bởi Lr, Cp. được tạo bởi Lp và Cr.