电子发烧友App
迪龙新能源专注于车载充电机（OBC）、DCDC变换器和车载集成一体机的研发、生产与销售，是全球知名车载电源供应商。
公司将LLC谐振电路应用于车载充电机上，使产品拥有高效率、高功率密度的核心优势。 我们特别邀请到迪龙新能源的工程师就LLC的一些关键问题做了解答。
01、LLC为何要工作在感性区域？
对于LLC网络而言，存在感性、容性和纯阻性三种状态，根据输入和负载变化而变化，如下图LLC等效模型。
工作在纯阻性区域是最理想的工作状态，因为阻性网络的品质因素最高，网络特性最好。
工作在容性区域电流超前于电压，前级开关管容易实现ZCS关断，这个区域比较适合IGBT。 工作在感性区域电压超前于电流，前级开关管容易实现ZVS开通，这个区域比较适合MOSFET。 因为中小功率电源普遍使用MOSFET，所以常规LLC拓扑开关电源选择工作在感性区域。
02、ZVS1和ZVS2各有哪些优缺点，如何选择？
LLC网络存在两个电感一个电容，也就是说存在两个谐振点。 一个是Lr和Cr的谐振点，另一个谐振点由Lm、Cr和负载条件决定。 负载加重，谐振频率将会升高，如下图。
在整个感性区域都能实现ZVS，在ZVS1区不能实现次级整流管的ZCS关断，存在反向恢复问题。
在ZVS2区可以实现次级整流管的ZCS关断，不存在反向恢复问题。
因此对于选择工作在ZVS1还是ZVS2区域有不同看法。
从理论上来讲，工作在ZVS2区域效率高于ZVS1区，越接近于谐振点，工作点效率越高，同时兼顾短路性能等问题。
03、LLC初级MOSFET是ZVS关断还是ZCS关断？
LLC工作在感性区域，因此开通是ZVS，但关断既不是ZVS也不是ZCS，是硬开关关断，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。
04、为何计算LLC匝比的时候要用母线电压的一半？
我们计算反激或正激电路的时都是使用母线电压来设计匝比，但是LLC为何只使用母线电压的一半来计算匝比呢？ 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。
05、LLC分体谐振电容有什么优缺点？
LLC半桥谐振电路中，根据谐振电容的不同联结方式，典型LLC谐振电路有两种连接方式，不同之处在于LLC谐振腔的连接。
左图采用单谐振电容Cr，输入电流纹波和电流有效值较高，但布线简单，成本相对较低。
右图采用分体谐振电容C1、C2，输入电流纹波和电流有效值较低。 C1和C2上分别只流过一半的有效值电流，电容量仅为左图单谐振电容的一半，比较而言，分体谐振优势不大。
06、LLC独立谐振电感和集成谐振电感各有什么优缺点？
集成谐振电感，这种方式是利用变压器初级漏感来做谐振电感的。 优点是体积小、成本低，缺点是漏感很难控制，谐振参数不好调节，性能难做到最优。 独立谐振电感是通过外置一个谐振电感，同时控制主变压器的漏感在很小的范围内。 优点是容易调节谐振电感与励磁电感低比例，优化起来更灵活，容易调节到一个理想状态。 缺点是增加了一个谐振电感增加体积，布线难度和成本增加。 因此一般功率较小的电源都更愿意使用集成谐振电感，成本相对较低，功率大的更愿意使用外置谐振电感，性能容易优化。
07、LLC的开关管能否直接并联？
弥勒电容Cgd对于MOSFET而言是寄生于栅极和漏极之间的电容。 对于硬开关电路而言，驱动电流对Cgs和Cgd充电，并且开始开通，而在开通过程中，Vds电压下降，所以Cgd开始放电。 此时需较大的驱动电流要对Cgd充电，这会导致驱动电压波形出现一个短暂的平台，这就是所谓的米勒平台。 关断的时候，DS电压急剧上升，DG电容会流过电流对GS电容充电，引起二次导通。 要消除开通时刻的弥勒效应，在开关管即将开通的时刻DS电压为零，即ZVS。
对于LLC而言，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。
08、LLC的谐振电容和输出功率有什么关系？
这里使用一个公式说明吧，很显然，功率越大需要的谐振电容容量越大。
09、LLC是否适合做恒流输出？
PWM的控制器输出电压可调节范围可以做到很宽。 只要供电正常，IC就能做到输出电压范围很宽的电源，这对于做恒流款电源而言具有很大优势。 LLC是PFM控制方式的，只能通过更改频率实现输出电压的变化，由增益曲线图可以知道增益变化范围相对很小。 要实现宽电压范围的输出特性不好实现，输出电压越低，工作频率越高，从而开关损耗和磁芯损耗都会加剧。 因此到了一定程度下只能通过限制IC的最高工作频率，而通过跳周期方式来降低增益。 这样就增加了环路调节的难度，跳周期纹波不好控制，性能也不是最优，因此LLC不适合太宽范围的恒流输出。
10、满足ZVS的两个必要条件是什么？
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。 这是最基本的一个条件，还有一个条件往往被忽视。 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。 因此，两个功率开关管要实现ZVS，应满足如下的励磁电感峰值电流Ipk与死区时间的关系。
其中，Vin为输入总线电压，Cj为MOSFET的结电容，tdead为死区时间。
当电路工作于谐振频率，谐振网络电流为如图所示的正弦波，其中im为励磁电流。 在每半个开关周期结束时，励磁电流达到最大值，与谐振网络电流ir相等。
励磁电感峰值电流可以得到：
其中Vo为输出电压，T为开关周期，Lm为励磁电感，到Lm的值应满足：
由不等式得到的最大的励磁电感Lm可以保证开关管的ZVS，然而，小的Lm将增大MOSFET的开关损耗。
由于这个被动Lm负载，可以保证在任何负载情况下都能工作在零电压开关状态下。
编辑：黄飞
工商网监
评论