LLC工作原理分析

Q值分析
从曲线上我们可以看到，Q值越小，Q值曲线越陡峭，Q值曲线的右侧为ZVS区域。因此我们可以找到 Q值取值的最大值Qmax，它为LLC最大的直流增益Mmax与Q值曲线相交的最大值，这一点是保证在 Mmax下，也就是对应最小频率下能实现ZVS的临界条件。如果选择的Q值大于Qmax, LLC将会进入ZCS 区域。 可以通过对LLC谐振回路的等效阻抗推导出Qmax. 在设计中，为了留有一定的裕量，我们通常取Q值为Qmax的90%-95%。
LLC半桥谐振电路及两个谐振频率
当工作在重载的情况下的时候，由谐振电感（漏感）Lr，谐振电容Cr和负 载R1构成串联谐振回路，谐振频率为 ：
当次级整流管不导通时，由谐振电感（漏感）Lr ，激磁电感Lm和谐振电 容Cr构成串联谐振回路,谐振频率为 ：
从其本质上看，LLC电路实际上就是有两个谐振点的串联谐振电路。
从归一化的增益公式，我们可以看 到，影响LLC增益的因素有fn,k,Q. 对于fn,通常我们希望它稳态时为1。
K值分析
我们可以改变k的数值，得到不同的Q值曲线图
从上面不同的Q值曲线上，我们可以看到， K值越小，Q值曲线越陡峭，要获取相同增益时， 频率变化越小。 那么K值是不是越小越好呢？答案是K值并 不是越小越好。K值越小，意味着相对于相同的 Lr, 励磁电感Lm要越小，开关管的损耗会增大。 K值越大Lm越大环路反应越慢，但开关管损耗越 小其效率越高，在实际应用中我们可按需要去调 整其大小值。通常情况下，我们把K值取在7-12 之间。 在Lr较小Cr较大（比如用漏感作谐振电感的 变压器）时，在满足增益的前提下，K值有时取 到14-17 来减小开机瞬间谐振回路的电流应力。
二、设计举列
2.0 设计步骤 2.1 举例
软开关简介
LLC开关管零电压开通
对于LLC而言，通常让开关管在电流为负时导通。在导通前，电流从开关管的体 内二极管流过，开关管D-S之间电压被箝位在0V（忽略二极管压降），此时开通MOS 管，可以实现零电压开通；在关断前，由于D-S间的电容电压为0v而且不能突变，因 此也近似于零电压关断。 要实现零电压开关，开关管的电压必须滞后于电流。因此必须使谐振回路始终工 作在感性状态。
设计相关计算公式
举例
一、已知条件 输入电压范围：350—410Vdc 额定输入电压：395Vdc 额定输出电压：12Vdc（25A） 输出最大功率：Pout=300W 选择谐振频率：fr=115KHz 二、计算
问题讨论 一、输出电流不对称 目前知道有三种原因： 1.变压器输出两个绕组对次级的漏感不对称，可并绕解决。 2.PCB板上变压器与两整流管之间走线长度相差大，PCB排板注意。 3.驱动信号不对称，可试节驱动电路参数使其对称。
在t3时刻，Q1关断。原边电流向Coss2 充电，使下管Q2能实现零电压开通。
t4时刻，Q2导通，开始另一半周的工 作，其过程与t0-t4相同。
FHA等效模型
对于谐振回路，起主导作 用的是激励的基波成分,因 此我们用基波等效（FHA) 来等效输入模型分析电路。
对于谐振回路的输入端，也就是 Q1,Q2连接点，我们通常称为半桥 中点，其电压波形为一个幅值为 Vdc的方波
LLC工作原理分析
目录 一、原理简介
1.0 简介软开关 1.1 LLC三种工作状态： fs=fR1、 fs>fR1、 fR2<fs<fR1 1.2 fs=fR1工作过程 1.3 fs>fR1工作过程 1.4 fR2<fs<fR1工作过程 1.5 FHA等效模型 1.6 K值分析 1.7 Q值分析 1.8 LLC阻抗特性
fs>fR1时工作过程
在t1时刻前，Q1两端的电压为零， 励磁电流通过Q1的体二极管流通。 此时使Q1开通，Q1便是ZVS。Q1导 通后，Ls,Cr开始另一半周的谐振。 副边二极管D1导通。
在t2时刻，谐振电流反向，直至t3时刻Q1关断，开始另一半周的工作，其工作过程与t0-t3相 同。
fR2<fs<fR1时工作波形
LLC三种工作状态
对于谐振电路而言，为了实现ZVS，要使其呈现感性状态，必须 使外加激励的频率高于谐振频率。因此对于LLC，其最小开关频率不 能低于fR2。从开关频率与谐振频率的关系来看，LLC的工作状态分为 三种： fs=fR1 fs>fR1 fR2<fs<fR1
fs=fR1时工作波形
当fs=fR1时LLC工作在完全谐振状态
当fR2<fs<fR1时，开关周期长于谐振周期，原边激磁电感将参与工作。这种工作状态，也正是 LLC与传统的串联谐振电路的区别所在。
fR2<fs<fR1工作过程
在t0时刻，上管Q1导通，下管关断。Lr与Cr谐振，谐振电流反向流过Q1，副边二极管D1导通， 向负载提供能量。变压器原边被输出箝位，励磁电流线性增大。
fs=fR1时工作过程
当Q1导通后，谐振电流通过Q1反向流通，谐振电流大于激磁电流，副边二极管D1导通向负 载提供能量。
随着谐振电流逐渐 增大，到t2时刻， 谐振电流为正，顺 向流过Q1，直至 Q1关断。
t3-t4为死区时间，过程与t0-t1时段相同。随后下管Q2开通，开始另一半周的工作，其过程与 Q1导通期间的过程相同。从上面的波形可以看到，当fs=fR1的时候，原边电流波形为正弦波， Q1,Q2都是ZVS,副边二极管D1,D2都是ZCS。
LLC的阻抗特性
设计步骤
一、已知条件 1、输入电压范围：VinMIN—VinMAX(Vdc) 2、额定输入电压：VinNOM(Vdc) 3、额定输出电压：Vout(Vdc) 4、输出最大功率：Pout 5、选择谐振频率：fr
Байду номын сангаас
二、求 1、计算变压器匝比：n 2、计算最大增益Mmax、最小增益Mmin 3、计算最大工作频率frmax、工作频最小频率frmin 4、计算Q、Cr、Lr、Lm
在t1时刻，谐振电流反向，正向通过Q1。
fR2<fs<fR1工作过程
由于fs<fR1,开关周期长于谐振周期。因此到t2时刻，谐振电流与谐振电流相等。副边二极管 电流降为0，自然关断。此后，Lr,Cr与原边激磁电感Lm构成谐振，由于谐振频率很低，t2-t3的时 间远小于开关周期，因此电流近似为线性变化。
到t0时刻，下管Q2关断。原边谐振电流向Coss1和 Coss2充电，使Q1两端电压在死区结束前能降到0。由于 fs>fR1,此时谐振电流大于励磁电流。因此谐振电流迅速减 小到励磁电流。在谐振电流减小到励磁电流前，变压器副 边仍有电流流动，变压器原边仍被箝位，因此谐振电流的 下降斜率为（Vc-n.Vo)/Lr, Vc为谐振电容上的电压。副边 整流二极管D2上的电流逐渐减小，当协整电流等于励磁电 流的时候，D2的电流减小到0，实现ZCS.
fs=fR1时工作过程
在t0时刻前：上管Q1关断， 下管Q2导通。谐振电流通过Q2 流通，变压器向副边传递能量， 副边二极管D2导通向负载提供 能量。变压器原边被副边电压 箝位，激磁电流线性上升。 在t1时刻正好完成半个周期的谐振，谐振电流与激磁电流刚好相等。变压器副边无电流，二极 管D2自然关断，实现ZCS。在死区时间t0-t1时段内，激磁电流给Q1,Q2的输出电容Coss1和 Coss2充电，当Coss1两端的电压为0V时，Q1的体二极管导通，电流通过体二极管流通，在t1时 刻让Q1导通，便可实现Q1的ZVS。
fs>fR1时工作波形
当fs=fR1及fs>fR1时，励磁电感不参与谐振，其特性就是一个串联谐振的特性。
当fs>fR1时，LLC原边实现ZVS，副边实现ZCS，副边二极管工作在电流断续的状态。
fs>fR1时工作过程
在t0时刻前，Q1关断，Q2导通，谐振电流通过变压器耦合到副边，副边二极管D1关断，D2导通， 向负载传递能量。变压器两端的电压被输出箝位，励磁电流线性增大。