Topologies résonnantes LLC et LCC
Quels sont les avantages et les inconvénients ? Quand utiliser l'une ou l'autre ? Voyons cela.
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Une topologie très appréciée…
La topologie LLC est largement reconnue comme la plus avantageuse pour les convertisseurs de commutation dans la gamme de puissance de 80…1000 W et elle est de plus en plus utilisée dans des applications allant jusqu’à quelques dizaines de kilowatts, telles que les équipements de recharge de véhicules électriques, pour les avantages qu’elle offre en matière de EMC, d’efficacité, de dimensions des composants magnétiques du réservoir résonnant et des filtres.
Le coût des composants magnétiques étant globalement proportionnel à leurs dimensions, un avantage de coût s’ensuit.
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… et un moins populaire
Même si elle est souvent recommandée dans la littérature pour certaines applications, la topologie LCC est moins connue et appliquée.
Par rapport à LLC, la topologie LCC nécessite un condensateur supplémentaire. La définition couramment utilisée de « LCC » est en fait réductrice : il serait plus approprié de l’appeler « LLCC », techniquement parlant.
Cette topologie résonante présente les mêmes avantages que ci-dessus pour LLC, en plus d’être optimale pour certains types d’application décrits plus loin.
Cependant, il y a quelques défis liés à la conception.
Schémas types des réservoirs LLC et LCC – Comparé à LLC, LCC nécessite un condensateur supplémentaire.
Encore plus d’efficacité : le transformateur résonnant intégré
En appliquant des transformateurs résonnants intégrés, qui utilisent l’inductance de fuite pour éliminer le besoin d’une inductance résonnante descendante, on peut obtenir un rendement, des dimensions et des avantages économiques encore plus importants.
A cela s’ajoute le bonus d’une isolation robuste et élevée entre l’entrée et la sortie, l’effet secondaire des enroulements primaire et secondaire étant placé dans des sections séparées de la bobine pour générer une inductance de fuite plus élevée.
Il est à noter que la conception des réservoir LLC ou LCC avec transformateur intégré présente des complications supplémentaires par rapport à une cuve avec transformateur non intégré, car le degré de liberté pour la définition de la valeur de l’inductance résonnante est perdu.
Il est en effet lié à certains détails de construction du transformateur.
Par ailleurs, la disposition des enroulements dans un transformateur intégré provoque par nature une répartition du champ magnétique qui implique plus de pertes par rapport à un transformateur classique.
Cependant, ces deux aspects peuvent être résolus par des procédures d’optimisation adéquates, rendant l’utilisation du transformateur intégré meilleure à tous égards.
Dans le transformateur intégré, les enroulements primaire et secondaire sont placés dans des sections séparées de la bobine.
Un point faible : de larges plages de tension
Les topologies résonnantes montrent leur principale faiblesse dans les applications où il y a de grandes variations dans la tension de fonctionnement d’entrée ou de sortie.
Si le réservoir est correctement conçu, la « Commutation à Tension Nulle » peut être maintenue même en présence de variations de tension assez importantes, mais cela implique une réduction des avantages par rapport à d’autres topologies, en raison de l’impact négatif sur le coût et les performances que cela entraîne.
L’ampleur de cet impact est souvent acceptable, mais il convient de considérer qu’il augmente à peu près proportionnellement à l’élargissement de la plage de tension.
Par exemple, on nous demande souvent s’il est possible de supporter efficacement des rapports 1:3 sur la plage de tension D’ENTRÉE (90-265 Vac classique) avec un convertisseur résonnant monoétage et sans cavaliers.
La réponse est NON : pour supporter une plage de tension d’entrée similaire, un deuxième étage est nécessaire (Boost ou PFC, en effet souvent requis par les normes) ou un doubleur de tension capacitif doit être implémenté sur l’entrée, ce qui nécessite également un cavalier amovible pour passer de la plage 90-130 V à 190-265 V.
Les applications avec une large plage de tension de SORTIE sont un peu moins critiques. Les rapports 1:3 sont réalisables avec de bons résultats, comme le montre cet exemple : réservoir LLC avec 15…48 Vdc_sortie que nous avons conçu pour NXP en 2013.
Cependant, dans les paragraphes suivants, nous vous montrons une meilleure solution.
Un doubleur de tension capacitif peut être installé sur l’entrée afin de supporter la plage étendue.
Le compromis de la topologie LCC
Pour les applications avec une large plage de tension de sortie, telles que les alimentations pour les chaînes de LED de longueurs variables (également avec gradation profonde) ou les chargeurs de batterie haute performance, la topologie LCC est sans aucun doute la plus appropriée.
Ce n’est un secret pour personne que, si le développement d’un réservoir LLC bien optimisé avec ses composants enroulés est moins trivial que ce que les gens pensent généralement, la topologie LCC est beaucoup plus coûteuse et chronophage.
En raison du condensateur supplémentaire, le réservoir passe du 3e au 4e ordre nécessitant, entre autres, une puissance de calcul beaucoup plus élevée pour effectuer des simulations et des calculs d’optimisation.
Pas de souci !
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