概述

LLC 谐振变换器因能满足现代电源设计苛刻的性能要求而成为电力电子领域的热门话题。 LLC 属于庞大的谐振变换器拓扑家族系列，而谐振腔是该拓扑系列的基础特征。谐振腔是一组以特定频率（称为谐振频率）振荡的电感器和电容器组成的电路。

这种开关模式的 DC/DC 电源变换器允许采用更高的开关频率 (fSW) 并且降低了开关损耗，因此更适用于高功率和高效率应用。LLC 谐振变换器是具有精密系统（即高端消费电子产品）或更高运行功率要求（即为电动汽车充电）的电源应用理想之选。

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。

LLC 变换器因其谐振特性，即使在非常高的功率下也能保持高效率。该特性同时实现了原边和副边的软开关功能，它降低了开关损耗，从而提高了效率。

另外，LLC 拓扑还能够节省电路板空间，因为它不需要输出电感器。这意味着所有电感器都可以轻松集成到单个磁性结构中，从而节省面积和成本。当电路的所有电感元件都位于同一个结构中时，其电磁兼容性将得到极大的改善；因为屏蔽单个结构比屏蔽三个结构一定更容易，也更便宜。

电源开关

电源开关可以采用全桥或半桥拓扑实现，每种拓扑都具备自己独特的输出波形（参见图 2）。

这两种拓扑的主要区别在于：全桥拓扑生成的方波没有直流偏移，幅度等于输入电压 (VIN).；半桥拓扑则产生一个偏移 (VIN / 2)的方波，因此幅度仅为全桥波的一半。

每种拓扑都有其自身的优缺点。全桥拓扑需要更多的晶体管，因此实施成本更高。而且，添加的晶体管会导致串联电阻(RDS(ON))增加，从而增加传导损耗；但另一方面，全桥实现可以将必要的变压器匝数比 (N) 降低一半，因此可以最大限度地减少变压器中的铜损。

半桥拓扑的实施则更具成本效益，而且，它可以将电容器两端的 RMS 电流降低约 15%；不过，这种拓扑会增加开关损耗。

权衡利弊之后，通常建议在功率低于 1kW 的应用中采用半桥功率开关拓扑，而在更高功率应用中则采用全桥拓扑。

谐振腔

谐振腔由谐振电容器 (CR) 和两个电感器组成：谐振电感器 (LR)与电容器和变压器串联，励磁电感器 (LM)则与之并联。谐振腔的作用是滤除方波的谐波，将基频开关频率的正弦波输出到变压器的输入端。

谐振腔的增益随频率和副边负载而变化（参见图 4）。设计人员需调整这些参数，以确保变换器在宽负载范围内均高效运行。具体方法为，设计谐振腔的增益值，使其在所有负载条件下均超过 1。

LLC 变换器因谐振腔的双电感器而具有宽工作范围与高效率。要了解其原理，首先要了解谐振腔采用不同电感器时，在重载和轻载条件下的响应。

当谐振腔仅由谐振电容器和励磁电感器组成时，图 5 显示了谐振腔在不同负载条件下的增益。在轻载下，谐振腔增益有一个明显的峰值；但重载下的增益不仅没有峰值，反而有阻尼响应，并且只在非常高的频率下才达到单位增益。

继续阅读 >>>请复制下方链接进入MPS官网查看：

https://bit.ly/3RIAHRP