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01谐振半桥LLC的基本原理

与传统PWM（脉宽调节）变换器不同，LLC是一种通过控制开关频率（频率调节）来实现输出电压恒定的谐振电路。它的优点是：实现原边两个主MOS开关的零电压开通(ZVS)和副边整流二极管的零电流关断(ZCS)，通过软开关技术，可以降低电源的开关损耗，提高功率变换器的效率和功率密度。

LLC 变换器由 4 个模块组成：电源开关、谐振腔、变压器和二极管整流器（参见图 1）。MOSFET 功率开关首先将输入的直流电压转换为高频方波；随后方波进入谐振腔，由谐振腔消除方波的谐波并输出基频的正弦波；正弦波再通过高频变压器传输到变换器的副边，并根据应用需求对电压进行升压或降压；最后，二极管整流器将正弦波转换为稳定的直流输出。

学习并理解LLC，我们必须首先弄清楚以下两个基本问题：

1. 什么是软开关；

2. LLC电路是如何实现软开关的。

由于普通的拓扑电路的开关管是硬开关的，在导通和关断时MOS管的Vds电压和电流会产生交叠，电压与电流交叠的区域即MOS管的导通损耗和关断损耗。

为了降低开关管的开关损耗，提高电源的效率，有零电压开关(ZVS) 和零电流开关（ZCS)两种软开关办法。

（1）有零电压开关 (ZVS)：开关管的电压在导通前降到零，在关断时保持为零。

（2）零电流开关（ZCS)：使开关管的电流在导通时保持在零，在关断前使电流降到零。

由于开关损耗与流过开关管的电流和开关管上的电压的成绩（V*I）有关，当采用零电压ZVS导通时，开关管上的电压几乎为零，所以导通损耗非常低。那么LLC电路是怎么实现软开关的呢？

从MOS管DS波形和MOS管电流波形可以看到，MOS管开通的时候，此时MOS管的电流还是在负半轴，这说明了MOS管的电压超前电流，所以谐振网络应该呈现感性。

之所以LLC谐振腔要呈感性，是因为需要电压超前电流，一旦呈感性，则谐振腔的电流在上管开通前的流通方向是负的，正是因为这个负电流，才能给上管放电、下管充电，使得上管MOS两端的电压为0，开通前为0了，那么开通时便实现了ZVS。如果呈容性，同理可知上管开通前，谐振腔电流方向为正，下管靠体二极管来续流，上管截止，当开通的时候，下管体二极管由于反向恢复时间的存在，有可能会使母线电压短路，从而炸管。

对LLC来说，有两个谐振频率，一个谐振频率fo是利用谐振电感Lr谐振电容Cr组成；另一个一个谐振频率fr1是利用谐振电感Lr，励磁电感Lm，谐振电容Cr一起组成；

带载时，LP两端的电压被嵌位，此时谐振频率

空载时，LP两端的电压没被嵌位，此时谐振频率

现在来讲讲谐振网络的工作过程，要想谐振网络呈感性，那么开关频率必须大于谐振频率，这样就有三种可能，fs=fr,fs>fr,fr2

下面是设计时需要注意的一些事项：

①工作在纯阻性区域是我们理想的工作状态，因为阻性网络的品质因素最高，网络特性最好；工作在容性区域的话电流超前于电压，对于前级开关管而言容易实现ZCS 关断，这个区域比较适合IGBT；工作在感性区域的话电压超前于电流，对于前级开关管而言容易实现ZVS开通，这个区域比较适合MOSFET；对于中小功率电源而言普遍使用MOSFET，因此常规LLC拓扑开关电源选择工作于感性区域。

② LLC 工作在感性区域，因此开通是 ZVS，但关断即不是 ZVS 也不是 ZCS，是硬开关的，关断损耗不可避免，但对于MOSFET 而言，开通损耗相对关断损耗大很多，对于LLC 的ZVS 而言是指开通时刻的ZVS，因此可以大大降低开关损耗。

③计算LLC匝比的时候要用母线电压的一半，在LLC 上管开通的半个周期内母线给LLC 网络输入能量，这个能量一部分直接传递给输出，另一部分储存在网络内，在下管开通的半个周期内，依靠谐振电容和谐振电感输出能量。所以只有上半个周期母线给网络输入了能量，即时间的利用率是一半，等效于输入电压的利用率为1/2。

④开关管是 ZVS 开通的，因此对于功率稍大的可以直接并联开关管，不存在弥勒效应或者说将弥勒效应降到最低。

⑤ ZVS前提就是电压超前于电流，所以要满足LLC整个负载范围内都处于感性区域，这个最基本的一个条件，要实现开关管的ZVS，励磁电感峰值电流im 必须在死区时间内让即将开通开关管的结电容放电，直至电量放完，电压降到零。而已关断的开关管则同时将其结电容充电到输入电压。

02基本半桥与全桥的拓扑介绍