LLC谐振转换器

LLC谐振转换器的突出优点是：a）在整个负载范围（包括轻负载）的ZVS（零电压开关）条件下工作，以实现高效率; b）较窄的工作频率范围便于设计高频变压器和输入滤波器; c）初级侧使用的开关的电压应力被钳位到输入电压，而次级侧的两个二极管的电压总是等于中心抽头变压器的输出电压的两倍。图1显示了LLC谐振转换器的基本电路。
LLC谐振转换器通常包括具有MOSFET，谐振网络和整流器网络的控制器。控制器以50％占空比交替地向两个MOSFET提供栅极信号，随负载变化改变工作频率，并调节输出电压Vout，这称为脉冲频率调制（PFM）。
谐振网络包括两个谐振电感器和一个谐振电容器（L-L-C）。谐振电感器Lr，Lm和谐振电容器Cr主要用作分压器，其阻抗随工作频率而变化（如等式1所示），以实现所需的输出电压。
在实际设计中，谐振网络可以由使用如图2所示的分段线轴的集成变压器的磁化电感Lm和漏电感Llk组成。 2.整流器网络整流谐振网络产生的正弦波形并将其传输到输出级。
公式2显示了当使用图2所示的实际变压器时LLC谐振转换器的电压转换比。在等式2中可以观察到两个共振频率。
一个由Lp和Cr确定，由ωp表示，另一个由Lr和Cr确定，表示为ωr。使用该公式，可以获得LLC谐振转换器的增益特性曲线作为频率和负载的函数。
如图3所示，每条曲线上标有“+”符号的最高值称为“峰值增益”。 '，位于两个共振频率ωp和ωr之间。
随着输出负载变大，峰值增益值逐渐减小，其位置移动到更高的频率。同时，用符号“×”标记的ωr处的谐振增益是固定的，并且不随输出负载的变化而变化。
增益曲线表明，在ZVS状态下，随着谐振网络的工作频率增加，增益减小，输出电压减小。如图3所示，LLC谐振变换器的工作区域可以通过标记为“+”的峰值增益和标记为“x”的谐振频率分成三个部分。
首先，在峰值点有界的情况下，左侧是ZCS（零电流开关）区域（或电容器区域），右侧是ZVS（零电压开关）区域（或称为电感器区域）。在ZVS区域中，谐振频率ωr的左侧是下面的区域，右侧是上面的区域。
当LLC谐振转换器工作在ZCS区域时，大量的反向恢复电流在切换瞬间流过MOSFET。因此，LLC谐振转换器应在ZVS区域工作，并应充分利用最小工作频率限制，以防止LLC与MOSFET谐振。
转换器进入ZCS区域。如上所述，LLC谐振转换器可以根据工作频率是大于ωr还是小于ω而在上部或下部区域中操作。
它还取决于两种操作模式的不同特征。当LLC谐振转换器被设计为在上部区域中操作时，到MOSFET的循环电流小于较低的谐振操作，因此降低了MOSFET的传导损耗，从而提高了效率。
但是，此时二次侧的二极管是硬开关，因此必须使用肖特基或UF（超快恢复）二极管来防止严重的反向恢复电流。鉴于此，诸如便携式设备LCD的电源之类的低电压应用有时会考虑使用上共振操作。
另一方面，在较低谐振操作的情况下，流到MOSFET的循环电流大于上谐振操作的循环电流。然而，较低的谐振操作允许次级侧的二极管软开/关，因此可以使用普通的快速恢复二极管。
较低的谐振操作是LED或PDP TV等高压应用的首选。在这些应用中，输出电压略高，因此不能使用额定电压较低的肖特基二极管。
因此，必须根据应用的规格和特性选择LLC谐振转换器的工作区域。