半桥LLC谐振仿真 共41页
LLC谐振半桥电路分析与设计
谐振半桥电路分析与设计LLC一、简介在传统的开关电源中，通常采用磁性元件实现滤波，能量储存和传输。
开关器件的工作频率越高，磁性元件的尺寸就可以越小，电源装置的小型化、轻量化和低成本化就越容易实现。
但是，开关频率提高会相应的提升开关器件的开关损耗，因此软开关技术应运而生。
要实现理想的软开关，最好的情况是使开关在电压和电流同时为零时关断和开通(ZVS，ZCS)，这样损耗才会真正为零。
要实现这个目标，必须采用谐振技术。
二、LLC串联谐振电路根据电路原理，电感电容串联或并联可以构成谐振电路，使得在电源为直流电源时，电路中得电流按照正弦规律变化。
由于电流或电压按正弦规律变化，存在过零点，如果此时开关器件开通或关断，产生的损耗就为零。
下边就分析目前所使用的LLC谐振半桥电路。
基本电路如下图所示：A图2.1 LLC谐振半桥电路其中Cr，Lr，Lm构成谐振腔（Resonant tank），即所谓的LLC，Cr起隔直电容的作用，同时平衡变压器磁通，防止饱和。
2.1 LLC电路特征（1）变频控制（2）固定占空比50％（3）在开关管轮替导通之间存在死区时间（Dead Time），因此Mosfet可以零电压开通（ZVS）,二次侧Diode 可以零点流关断，因此二极管恢复损耗很小（4）高效率，可以达到92％+（5）较小的输出涟波，较好的EMI2.2 方波的傅立叶展开对于图2.1的半桥控制电路，Q1,Q2在一个周期内交替导通，即占空比为50％。
所以V为方波，幅值等于Vin，A其傅立叶级数展开为公式1其基波分量为公式 2（t）为谐振腔输入方波电压的基波分量。
其中fsw为开关频率，Vi.FHA相应地，谐振腔输出电压（即理想变压器输出）也为方波 3 公式其基波分量为公式4为输出电压相对输入电压的相移，实际上为零。
其中电路模型2.3 FHA所示电路的非线性电路做等效变换，可以得到下图：2.1将图图2.2 FHA 谐振电路双端口模型FHA（First harmonic approximation）：一次谐波近似原理。
llc谐振半桥软开关
llc谐振半桥软开关LLC谐振半桥软开关是一种应用广泛的功率电子器件，常用于交流电-直流电转换、电力传输和能量转换等领域。
本文将介绍LLC谐振半桥软开关的工作原理、特点以及应用。
一、工作原理LLC谐振半桥软开关由LLC谐振电路和半桥电路组成。
LLC谐振电路由电容C、电感L和电阻R构成，半桥电路由两个开关管S1、S2和两个二极管D1、D2构成。
在工作时，LLC谐振电路和半桥电路相互配合，实现对输入交流电的转换。
当输入交流电通过LLC谐振电路时，电容C和电感L会形成谐振回路，使得电流呈谐振波形。
此时，开关管S1、S2会根据控制信号的变化进行开关操作，实现对电流的调节。
具体而言，当S1导通，S2关断时，电流从输入端流向输出端；当S1关断，S2导通时，电流从输出端流向输入端。
通过不断切换开关管的导通状态，可以实现对电流的正负半周的控制。
二、特点1. 高效性：LLC谐振半桥软开关利用谐振电路，使得电流呈谐振波形，减少了开关管的开关损耗，提高了系统的整体效率。
2. 高稳定性：谐振电路可以调整电流的频率和振幅，使得系统对输入电压和负载的波动具有较好的适应性，提高了系统的稳定性。
3. 高精度：LLC谐振半桥软开关可以实现对电流的精确控制，满足不同应用场景的需求。
4. 低噪声：由于谐振电路的存在，LLC谐振半桥软开关在工作时产生的噪声较小，不会对周围环境和其他设备造成干扰。
三、应用1. 电力传输：LLC谐振半桥软开关广泛应用于电力传输系统中，可以实现对交流电的高效转换和传输，提高能源利用率。
2. 电动汽车充电桩：LLC谐振半桥软开关可以实现对交流电到直流电的转换，适用于电动汽车充电桩中，提供高效快速的充电服务。
3. 太阳能逆变器：LLC谐振半桥软开关可以实现对太阳能电池板输出的直流电到交流电的转换，适用于太阳能逆变器系统中，将太阳能转化为可用的电能。
4. 工业电源：LLC谐振半桥软开关可以实现对工业电源的稳定输出，适用于工业设备的供电需求。
半桥llc谐振变换器工作原理_概述及解释说明
半桥llc谐振变换器工作原理概述及解释说明1. 引言1.1 概述本篇文章主要介绍了半桥LLC谐振变换器的工作原理，从基础概念出发，逐步深入解释其原理和设计考虑。
半桥LLC谐振变换器作为一种高效率、高稳定性的电源转换器，在工业、计算机以及新能源领域应用广泛。
通过该文章的阅读，读者可以全面了解半桥LLC谐振变换器的内部结构、工作原理以及应用案例分析，并对实现该变换器的关键要点有所掌握。
1.2 文章结构本文共分为五个主要部分：引言、半桥LLC谐振变换器工作原理、实现半桥LLC 谐振变换器的要点、实际应用案例分析以及结论与展望。
在引言中，将简要概括文章内容并说明目的，帮助读者对全文有一个初步的认识和预期。
接下来，我们将详细介绍半桥LLC谐振变换器的工作原理，包括概述、原理详解以及关键参数和设计考虑。
然后，我们将讨论实现该变换器所需注意的要点，包括控制策略选择与设计、调节回路设计与优化以及功率传输与效率提升技术。
随后，通过实际应用案例分析，我们将覆盖工业、计算机和新能源领域中半桥LLC谐振变换器的具体应用情况。
最后，在结论与展望部分，对文章进行总结，并展望未来该领域的研究方向。
1.3 目的本文的目的是介绍半桥LLC谐振变换器的工作原理及其相关要点和应用案例，为读者提供一个全面深入的了解。
通过本文，读者将能够掌握该变换器的基本概念、内部结构以及关键设计参数和考虑因素。
此外，通过实际应用案例分析，读者可以更好地了解半桥LLC谐振变换器在不同领域中的具体应用场景和效果。
最后，在结论与展望部分，我们会对该领域未来发展方向进行初步讨论。
希望通过这篇文章，读者可以加深对半桥LLC谐振变换器的理解，并在相关领域中有所应用和创新。
2. 半桥LLC谐振变换器工作原理2.1 谐振变换器概述谐振变换器是一种常用的电力电子转换器，其主要目的是将电能从一个形式转换为另一个形式。
在半桥LLC谐振变换器中，输入直流电压会被转换成高频交流电压，并通过输出侧得到所需的功率输出。
LLC半桥谐振电感设计
88.752 (9.2 106 )2
8.752 242 9.22 10.8 3.142 102 102
0.547 1.902 1.56A
32 4802 10
88.752 9.22
用于计算导线直径
（2）采用MPP粉芯进行电感设 计
谐振电感参数影响电路性能，需要温 度稳定性好和磁化稳定性好，由于承 受高交流应力，磁芯损耗和线圈损耗 都希望很低。
0.23
Rac 6.8 0.12 0.83
FR 6.8
线圈损耗计算
Pdc = I d2cRdc
直流损耗可以忽略 主要是交流损耗
Pac
I a2c Rac
I R 2 r_rms ac
1.562
0.83
2.02W
总损耗 P Pc PW 2.16 2.02 4.18W
谐振电感损耗：磁芯损耗和线圈损耗同样重要
专题 LLC半桥谐振电感设计
1、谐振变换器拓扑简介 2、对谐振电感的要求 3、适合做谐振电感的磁性材料 4、电感设计举例
1、谐振变换器拓扑简介
LLC谐振变换器近年来一直得到关注和 长足的研究，对于中大功率场合则用半桥 LLC变换器，大功率电源则用全桥LLC谐 振变换器。
相同功率下，主电路是半桥和全桥的区 别在于半桥电路的电压应力是全桥的一半 ，而电流应力是全桥电路的2倍。
8n
T 2 2 r
( RP_on
2RLr
2RTp )
(5π2 48)nU 96π2 L2mT
T 2 2
or
2 Io2T 2
8Tr2
(Rs_on
2RTs )
Referency:Jun Zhang, William G. Hurley Optimized Design of LLC Resonant Converters Incorporating Planar Magnetics.978-1-4673-4355-8/13/$31.00 ©2013 IEEE
半桥LLC谐振变换器介绍
半桥LLC 谐振变换器目录概述硬开关与软开关分析对比LLC 工作原理工作模态分析效率分析计算设计总结概述全球对降低能耗的需求正在促进节能技术的推广。
在70W-600W 交流输入电源中，目前可能会做到更好功率，当然前提交流输入电源中目前可能会做到更好功率当然前提是很好的解决输出电压纹波噪声的基础上，由于LLC 谐振转换器（效率通常在90%以上）的效率高于标准电源拓扑，所以其运用越来越广泛。
本这为了设计出更高效率电源的目的，我们在以下报告内容探讨LLC谐振转换器相比硬开关转换器的功能优势，开关工作原理，谐振工作模态，效率计算分析等，做一个简要的介绍。
硬开关与软开关分析对比¾Hard switchHigher switching losses limit switching frequency.¾Low power density-¾Lower efficiency¾-Higher flux density level of transformer, bigger core size.¾Poor EMI ( high dv/dt and di/dt )¾Poor cross regulation¾Higher output ripple noiseHi h h l i i¾Higher thermal agitation ¾Higher voltage stress on MOSFET and rectifier diode硬开关与软开关分析对比Soft switch (LLC converter)9High efficiency9Primary MOS Zero-Voltage Switching9Secondary Rectifier Diode Zero -Current Switching & low Vf. 9High power density9Lower flux density level of transformer, smaller core size. 9Good EMI ( low dv/dt and di/dt)G d EMI(l d/dt d di/dt9Better cross regulation9Lower output ripple noise9Low thermal agitation9Cost effective9Low voltage stress on MOSFET and rectifier diode Simple Topology9LLC谐振变换器模块图谐振电感和漏感（包括初级侧漏感&次级侧漏感反射到初级并联Lm后的总和）L50%duty谐振电容和网络中的寄生电容之和LLC谐振转换器的简化AC等效电路LLC 变换器的直流特性分析基波分析法等效负载阻抗Rac推导考虑到变压器负载阻抗和变压器变比的平方成正比200228P V n R ac ∗∗=π9存在两个谐振频率Fr1&Fr2。
半桥LLC谐振变换器设计与仿真
半桥LLC谐振变换器设计与仿真[图片]其中，Vg是输入电压，Vs和Vo分别是谐振电容两端的电压以及输出电压，Lr和Cr为谐振电感和谐振电容，Lm为变压器的主磁环路电感，Cp 为逆变器开关极的电容，Rd为负载电阻。
半桥LLC谐振变换器设计的第一步是选择合适的元件参数。
参数的选择对于谐振变换器的性能有着重要影响。
例如，谐振频率在理论上可以通过调节谐振电感和谐振电容来实现，但实际上还受到变压器耦合系数和谐振电容的品质因数的影响。
为了增强电路的稳定性和输出质量，通常在变换器中加入反馈控制回路。
输出电压的稳定性可以通过调节控制回路中比例和积分参数来实现。
在进行仿真之前，设计者需要进行理论分析和计算，以确定电路中各个元件的数值。
例如，可以通过研究输入电压的波形、电流和功率等参数来确定变压器的转换比。
在进行仿真之前，设计者还要考虑到电路的损耗问题。
例如，对于变换器的损耗进行建模，可以通过研究电压、电流和功率的分布情况来确定电路的损耗情况。
接下来，设计者可以利用仿真软件进行半桥LLC谐振变换器的设计与仿真。
仿真软件可以帮助设计者验证设计的正确性，并优化电路参数。
例如，设计者可以仿真电路的响应情况，包括电压波形、电流波形和功率波形等。
通过仿真可以帮助设计者分析电路的稳定性和效率，并进行参数的调整。
最后，设计者可以通过实际搭建电路进行实验验证。
实验可以帮助设计者验证仿真结果的准确性，并评估电路的实际性能。
通过实验结果，设计者可以进一步优化电路设计，并得到最终的实际应用方案。
综上所述，半桥LLC谐振变换器的设计与仿真是一个复杂的工程过程。
设计者需要对电路的基本原理和元件参数进行深入的理解和分析，通过仿真和实验验证，不断优化设计，最终得到满足实际应用需求的最佳设计方案。
LLC谐振半桥原理
LLC谐振半桥原理LLC半桥谐振变换器是一种高效的交流直流（AC-DC）电源拓扑结构，广泛应用于电力电子和工业控制领域。
它利用谐振原理实现了高效能的能量转换。
以下是对LLC谐振半桥原理进行详细解释的文章。
一、LLC谐振半桥的结构和工作原理LLC谐振半桥的工作原理是基于谐振原理。
当半桥开关MOSFET关闭时，输入直流电源充电谐振电感L和谐振电容C。
当半桥开关MOSFET打开时，谐振电感L和谐振电容C形成一个谐振电路，将储存的能量传输到输出负载上。
在谐振过程中，谐振电容C的电压和谐振电感L的电流之间会发生180度的位相差，这使得能量传输更加有效。
为了保持LLC谐振半桥的谐振状态，谐振频率必须与输入直流电压的频率一致。
通过谐振电感L和谐振电容C的合理设计，可以使得谐振频率与输入电压的频率高度匹配，并且能够在宽输入电压范围内保持谐振状态。
二、LLC谐振半桥的优点1.高效能：LLC谐振半桥利用谐振原理实现能量的传输，能够减少功率损耗，提高能量转换效率。
此外，LLC谐振半桥还采用零电压开关技术，能够减少开关损耗，进一步提高功率转换效率。
2.高输入功率因数和低输入谐波：由于LLC谐振半桥的谐振特性，它能够在宽范围内实现高功率因数和低谐波输出。
这对于工业控制系统和电力电子设备非常重要，可以减少输入功率的失真，提高设备的稳定性。
3.宽输入电压范围：LLC谐振半桥可以适应广泛的输入电压范围。
由于谐振电感L和谐振电容C的合理设计，可以在宽范围内实现稳定的谐振。
这使得LLC谐振半桥适用于不同的电力电子设备和控制系统。
4.低干扰：由于LLC谐振半桥采用了零电压开关技术，减少了开关的干扰噪声，进一步降低了系统的干扰水平。
这对于要求高抗干扰性能的电力电子设备和工业控制系统非常重要。
三、总结LLC谐振半桥是一种高效能的交流直流电源拓扑结构，利用谐振原理实现了高效能的能量转换。
它具有高功率因数、低谐波输出、宽输入电压范围和低干扰等优点。
半桥LLC谐振变换工作原理及磁件设计方法
半桥LLC谐振变换工作原理及磁件设计方法半桥LLC谐振变换的基本结构包括两个电容和两个电感组成的谐振网络，以及两个开关管和一个变压器。
在工作过程中，当一个开关通断，谐
振电容中的电能开始储存，同时谐振电感中的电流开始增加。
当另一个开
关通断时，前一个开关管关断，其上的能量通过电容和电感进行谐振，输
出到负载。
半桥LLC谐振变换的关键在于谐振网络的设计。
首先，需要确定谐振
频率，通常选择高频工作以减小体积和重量。
然后，根据输入电压和输出
功率，选择合适的电容和电感值。
其中，电容的选择应注意其电压和电流
的承受能力，电感的选择应注意其自感、绕组电流和磁芯饱和等特性。
磁件设计是半桥LLC谐振变换中的重要部分，主要包括变压器和电感
的设计。
首先，需要根据输入输出电压比和功率需求确定变压器的变比。
然后，根据变比和电感值计算出所需的匝数。
接下来，在选择铁芯材料时，应注意其磁导率、饱和磁场和温度特性等。
最后，根据铁芯截面积和匝数
计算出变压器和电感的尺寸。
在半桥LLC谐振变换的设计中，还需要考虑到开关管的选择、控制电
路的设计和损耗功率的计算等因素，以保证系统的稳定性和效率。
总之，半桥LLC谐振变换利用谐振网络将输入直流电压转换为高频交
流电压，通过合理的磁件设计和谐振网络参数的选择，实现电能的高效转换。
这种变换器结构在实际应用中具有很高的灵活性和可靠性，为电力电
子领域提供了一种重要的解决方案。
半桥LLC谐振变换器设计与仿真
半桥LLC谐振变换器设计与仿真
设计半桥LLC谐振变换器需要考虑以下几个方面：
1.电路拓扑：半桥LLC谐振变换器由半桥电路、LLC谐振电路和控制电路组成。
半桥电路由两个开关管和两个二极管构成，用于控制交流电源的输入。
LLC谐振电路由电感、电容和绝缘变压器组成，用于降低电压和实现谐振转换。
控制电路用于控制开关管的开关频率和开关时间。
2.参数选择：参数选择是设计半桥LLC谐振变换器的关键。
首先需要选择合适的开关管和二极管，使其能够承受高电压和大电流；然后需要选择合适的电容和电感，并计算相应的谐振频率和负载电流；最后需要确定控制电路的参数，使其能够稳定地控制开关管的开关频率。
3.控制策略：半桥LLC谐振变换器的控制策略可以采用PWM控制或者谐振控制。
PWM控制通过调整开关管的开关频率和占空比来控制输出电压和电流；谐振控制则通过调整谐振频率和谐振电路的参数来实现转换。
选择合适的控制策略需要考虑电路的性能需求和控制的复杂度。
4.仿真分析：在设计半桥LLC谐振变换器之前，需要进行电路的仿真分析。
仿真可以通过软件工具（如SPICE、PSIM等）进行，以验证电路的稳定性、效率和性能。
仿真分析可以通过改变电路参数和控制策略来优化电路设计。
总结起来，设计半桥LLC谐振变换器需要考虑电路拓扑、参数选择、控制策略和仿真分析等方面。
通过合理选择参数和优化控制策略，可以实现高效、高密度和高可靠性的设计。
半桥LLC谐振变换工作原理及磁件设计方法
半桥LLC谐振变换工作原理及磁件设计方法半桥LLC谐振变换器是一种常用的高频电源变换器，具有高效率和功率密度高等优点。
在工作原理上，半桥LLC谐振变换器将输入电压通过变压器缩小后加以整流，然后经过滤波电路得到直流电压。
这个直流电压通过谐振电容和谐振电感使主开关的正、负两个分支实现零电压开关切换，并通过谐振电容和负载之间的对接得到输出电压。
下面将详细介绍半桥LLC谐振变换器的工作原理及磁件设计方法。
1.开关状态a.S1和S2同时导通此时主电感L1和串联电感Lm之间电压为零，即主开关Q1和Q2之间的电压为零，谐振电感Lr和谐振电容Cr形成并构成谐振回路。
此时谐振电容Cr储存能量。
b.S1导通，S2截止此时主开关Q2截止，谐振回路电流开始流动，但此时尽量减小谐振电流，避免能量浪费。
c.S2导通，S1截止此时谐振电流开始减小，使其变为零。
d.S1和S2同时截止此时谐振回路储存的能量被传递给输出电容，给负载提供能量。
磁件设计是半桥LLC谐振变换器的重要部分，关乎着变换器的效率和性能。
a.主电感设计主电感L1的设计中需要考虑的主要因素有输入电压范围、输出功率、开关频率和工作模式（连续导通或间断导通）。
根据设计参数，可以计算出主电感的必要参数，如电感值和饱和电压。
b.谐振电感设计谐振电感Lr的设计需要根据输出功率、谐振频率和谐振电流来确定其电感值和电流值。
在选择材料和结构上，需要考虑谐振电感的损耗和热耗。
c.串联电感设计串联电感Lm的设计需要根据电流感应范围、在谐振电容电流、谐振电感电流和开关电流等参量来确定电感值和电流值。
d.谐振电容设计谐振电容Cr的选择主要受到谐振频率和输出功率的影响。
根据设计参数，可以计算出合适的电容值。
总结：半桥LLC谐振变换器的工作原理是通过谐振电容和谐振电感实现主开关的零电压开关切换，通过谐振电容和负载之间的对接得到输出电压。
磁件设计需要考虑主电感、谐振电感、串联电感和谐振电容等参数，根据设计要求来确定各个磁件的具体参数。
LLC
Q1
模态1
D1
Vin
Q2
Cr
Lr
Lm
D R1
np
ns
Cf
R Vout
Ir
I Lm
D2
ns
DR2
① M1:(t0<t<t1) t0时刻，Q2恰好关断，谐振电流 Ir<0，IDR1=0。Ir流经D1，使 VQ1=0,为Q1 ZVS开通创造条件。 在这个过程中，PWM信号加 在Q1上使其ZVS开通。
I Q1
VCr
工作区域2——模态1
Q1
D1
Vin
Q2
Cr
Lr
Lm
D R1
np
ns ns
Cf
R Vout
Ir
I Lm
D2
DR2
① M1:(t0<t<t1) 这时Vin加在谐振腔上，Ir增大到0 ，在这个过程中，由电磁感应定律 知，同名端为“+”，副边DR1导 通，此时副边电压即为输出电压。 反推过去，原边电压即为恒定值（ np*Vo/ns），则Lm处于恒压储能状 态，其电流线性上升。
工作区域1——总结
总之，当f>fr1时，依然有ZVS开通的特点，但 是整个工作过程中，激磁电感Lm没有参与过谐振 ，都是Lr与Cr的串联谐振，所以认为这种工作模式 与串联谐振类似，具备了串联谐振的优缺点。 MOSFET关断电流为Ir的电流，较大，这样开 关损耗也大；并且，副边整流二极管没有ZCS关断 ，存在反向恢复问题，同时存在损耗。比工作区域 2的效率要低。
I Q1
VCr
工作区域2——模态3
Q1
D1
Vin
Q2
Cr
Lr
LLC谐振半桥的主电路设计指导
低电磁干扰
LLC谐振半桥采用软开关技术， 有效减少开关噪声， 降低电磁 干扰。
选择LLC谐振半桥的优势
高效率
LLC谐振半桥的工作原理使它能够 在较宽的负载范围内保持高效率 ，尤其是在轻载条件下。
高功率密度
由于谐振特性，LLC谐振半桥的开 关损耗较低，这使得它能够实现 更高的功率密度。
良好的电磁兼容性
3 响应时间
过流保护电路的响应时间应足 够快，以确保在电流超过安全 限值之前及时切断电源。
4 恢复机制
过流保护电路应具备恢复机制 ，在故障排除后可以恢复正常 工作。
温度保护电路设计
Байду номын сангаас
温度传感器选型
温度传感器应具有良好的精度， 能够在较宽的温度范围内准确地 检测到温度变化。
阈值设置
设定合适的温度阈值，避免过高 的保护温度导致系统误触发，同 时又要保证系统在过热时能及时 保护。
电压反馈
电压反馈电路监测输出电压，调整PWM占 空比以维持设定电压。
电流反馈
电流反馈电路监测输出电流，限制电流过 载，保护系统安全。
混合反馈
结合电压和电流反馈，实现更精确的控制 ，提高系统稳定性。
软启动电路设计
缓启动
防止启动电流过大，保护开关管和电源。
电流控制
逐渐增加输出电压和电流，避免冲击。
稳定性
保护措施
当温度超过阈值时，保护电路应及时切断电源或采取其他措施，防止设备 过热损坏。
电路拓扑综合考虑
LLC 谐振半桥电路拓扑设计需要综合考虑多个因素，包括输入电压范围、输出 功率、工作频率、效率、成本等。选择合适的拓扑结构可以有效提高电路的性 能。
例如，对于高功率应用，可以采用并联谐振拓扑，以降低开关管的电流应力， 提高效率。对于低成本应用，可以选择串联谐振拓扑，结构简单，成本低廉。 还需要考虑电路的稳定性，避免出现谐振频率偏移或振荡。
LLC谐振变换器与不对称半桥.
LLC谐振变换器与不对称半桥变换器的对比1不对称半桥变换器图中互补控制的功率MOSFET（S1和S2），其中S1的占空比为D，S2的占空比为（1－D）；隔直电容Cb，其上电压作为S2开通时的电源；中心抽头变压器Tr，其原边匝数为Np，副边匝数分别为Ns1和Ns2；半桥全波整流二级管D1和D2；输出滤波电感Ld，电容Cf。
不对称半桥（AHB）变换器的稳态工作原理如下。
1）当S1导通S2关断时，变压器原边承受正向电压，副边Ns1工作；二极管D1导通，二极管D2截止；2）当S2导通S1关断时，隔直电容Cb上的电压加在变压器的原边，副边N s2工作，二极管D1截止。
图2中n1=N p/N s1，n2=N p/N s2，且n1=n2=n。
通过对电路的分析，可以得到传统不对称半桥变换器占空比D的计算公式2.LLC谐振变换器图3和图4分别给出了LLC谐振变换器的电路图和工作波形。
图3中包括两个功率MOSFET （S1和S2），其占空比都为0.5；谐振电容Cs，副边匝数相等的中心抽头变压器Tr，Tr的漏感Ls，激磁电感Lm，Lm在某个时间段也是一个谐振电感，因此，在LLC谐振变换器中的谐振元件主要由以上3个谐振元件构成，即谐振电容Cs，电感Ls和激磁电感Lm；半桥全波整流二极管D1和D2，输出电容Cf。
LLC变换器的稳态工作原理如下。
1）〔t1，t2〕当t=t1时，S2关断，谐振电流给S1的寄生电容放电，一直到S1上的电压为零，然后S1的体二级管导通。
此阶段D1导通，Lm上的电压被输出电压钳位，因此，只有Ls和Cs参与谐振。
2）〔t2，t3〕当t=t2时，S1在零电压的条件下导通，变压器原边承受正向电压；D1继续导通，S2及D2截止。
此时Cs和Ls参与谐振，而Lm不参与谐振。
3）〔t3，t4〕当t=t3时，S1仍然导通，而D1与D2处于关断状态，Tr副边与电路脱开，此时Lm，Ls和Cs一起参与谐振。
实际电路中因此，在这个阶段可以认为激磁电流和谐振电流都保持不变。
LLC半桥零电压开关谐振变换器
基于LLC的半桥零电压开关谐振变换器闫子波飞利浦电子中国集团，上海 2000702008-07-31摘要：阐述了LLC谐振电路的工作原理和特点及其与其它一些谐振电路的比较，并且用Matlab对LLC谐振进行了建模和仿真，分析了其工作区域。
在此基础上，用Philips公司的零电压谐振控制器TEA1610构建了一个200W的全谐振变换器。
实验证明，该变换器具有转换效率高、EMI小、不存在开关损耗等诸多优点，特别适合应用于音响、大屏幕液晶电视等产品中。
关键词：全谐振变换器 LLC 半桥 TEA1610近代电子设备的发展，对开关电源提出了诸如高频、小型化、低噪声以及高功率密度等方面的要求。
谐振型开关电源由于不存在硬开关而具有效率高、EMI小等特点，逐渐成为人们的研究热点。
于是，准谐振、谐振开关、全谐振等结构应时而生。
在针对减少开关损耗和降低噪声采取的各种方法中，负载参与谐振的全谐振结构是近十年来的研究热点。
本文在分析LLC谐振特性的基础上，用Philips公司的TEA1610构建一种基于半桥的LLC负载谐振变换器。
1 LLC三元件谐振网络用两个元件组成的谐振拓朴结构主要有两种：并联结构和串联结构，分别如图1(a)和图1(b)所示。
串联谐振在轻负载时具有较高的效率，而在满负载时转换效率比较低；并联谐振则反之，在满负载时具有较高的转换效率，而在轻负载时转换效率比较低。
而且串联谐振和并联谐振都要求较宽的频率范围[1]。
因此，这种二元的谐振网络在实际应用中都有一定的限制。
在二元件谐振网络的基础上，根据不同的应用可构建不同种类的三元件的谐振网络[2]。
三元件谐振网络与二元件谐振网络相比有很多优点，比如在全负载范围内都具有较高的转换效率，而且频率变化范围比较窄等。
本文主要介绍和分析由三元件LLC构成的谐振网络，其结构如图2(a)所示。
串联电感L s、并联电感L p和谐振电容C s组成LLC谐振网络，在此必须注意到负载也参与了谐振。
高效半桥LLC谐振变换器的参数设计及仿真
文章编号：1001-9944(2014)10-0065-04高效半桥LLC 谐振变换器的参数设计及仿真赵连玉1，2，石鹏1，3，岳有军1，3（1.天津理工大学天津市复杂系统控制理论及应用重点实验室，天津300384；2.天津理工大学机械学院，天津300384；3.天津理工大学自动化学院，天津300384）摘要：针对目前LED驱动电源存在有效功率低、效率转换差方面的问题，研究采用LLC谐振变换器以提高转换效率。
分析了半桥LLC谐振变换器的工作过程，通过工作原理过程分析，推导出了励磁电感最大效率转换公式。
按照参数流程图，设计了变压器变比、谐振电容、谐振电感、励磁电感等参数，设计了一款240 W LED驱动电源，利用Mat l a b仿真工具搭建了LLC谐振变换器仿真模型，进行了参数验证，仿真结果验证了该设计计算方法的有效性。
关键词：谐振变换器；参数设计；Matlab仿真中图分类号：TM564.1文献标志码：AParameter Design and Simulation of the High Efficiency Half Bridge LLC Resonant ConverterZHAO Lia n-yu1，2，SHI Peng1，3，YUE You-jun1，3（1.Ti anjin Ke y L a bo ra tory fo r Co n tro l T he ory and A pplicati o n s in Co m pli cated Sy ste m，Ti anjin U n i ve rsi ty of T e chn ology，Ti anjin 300384 ，Chi na；2.Co lle g e of M a chine ry，Ti anjin U ni ve rsi ty of Te chn ology，Ti anjin 300384 ，Chi na；3.Co lle g e of A u to m a ti o n，Ti anjin U ni ve r si ty of T e chn ology，Ti anjin 300384，Chi n a）Abs t rac t：Be cause the L E D dri v e po we r Low and co n v e r si o n e ffi cien cy poo r areas，fo und the LLC re so n ant co n ve rter fo un d can solv e this pro ble m.Th ro u g h the ana ly sis o n the wo rkin g principle，and the re so nant po int form u la wa s deduced and ana lyze d，the m ag neti zi n g in ductance m axi m u m e ffi cien cy co n ve r si o n form u la. Co nstruct the structure of LL C re so nant co n ve rter. Ac c o rdin g to the para m e ters of the desi g n flow cha rtfu rther o pti miz a ti o n of the desi g n para me ters to desi g ned a dri ve po we r of 240 W L E D，usin g Ma tlab si mu lati o n soft wa r e，o pti miz e d the para me ters. Th e si m u lati o n wa v efo rm，full y v e ri fi ed the practical fe asibili ty an d m eth o d.Key w or ds：re so nant co n ve rter；para m e ter desi g n；Ma t lab si mu lati o n近些年来，大功率LED照明由于具有寿命超长、节能省电、亮度可调等优点，作为一种理想的绿色光源，已广泛进入社会生活的各个领域。
半桥LLC谐振变换器的建模及仿真研究
微型机与应用2011欢迎网上投稿wwwpcachinacom从技术上看几十年来电力电子技术水平不断提高的主要标志是高频化高效率和高功率密度等为了增加功率密度必须实现高频化即提高开关频但又要同时提高变换器的效率就必须减小开关损耗谐振变换器正是由于其开关损耗小等优点得到了广泛的应用llc谐振变换器理论上可实现初级开关管零电压开通zvs且关断电流较小次级整流管可实现零电流开断zcs的特点它既吸取串联谐振变换器谐振槽路电流随负载轻重而变化轻载时效率较高的优点又兼具并联谐振变换器在空载下也能稳定工作的特点因此llc谐振变换器是一种比较理想的谐振变换器拓扑对其进行研究具有重要的理论意义和实用价值llc谐振变换器拓扑结构如图所示谐振回路由谐振电感串联组成变换器由该三元件组成也由此而得名llc谐振变换器有两个谐振频率一个是由决定此时并联电感上的电压被输出电压箝位不参与谐振
Uo= n
2
姨 π
2
Vo
(4)
所以直流增益：
Gdc =
Vo Vin
=1 2n
| Gac|
1
=
1 2n
1+ 1 K
(
1
-
fs2 f2
)
+
j
(
f2 fs2
-1)
π 8n2
1 2πf RLCs
(5)
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IQ1 VCr
t0 t1 t2t3
工作区域2——模态2
+ Q1
D1
Vin
A
-
Q2
D2
Cr
Lr
DR1
*
*
Lm n p
ns
*
Cf
ns
DR2
Q1
+
R Vout
-
Io
Ir
I Lm
② M2:(t1<t<t2) 此时工作在串联谐振状态，即
半桥LLC谐振变换器设计与仿真
1 谐振变换器技术 2 LLC变换器的工作原理 3 Saber仿真结果分析
1 谐振变换器技术
谐振变换器之所以得到重视和研究，是因 为在谐振时电流或电压周期性过零，利用这一 点实现软开关，可以降低开关损耗，提高功率 变换器的效率。
谐振功率变化器有以下三种：SRC（Series Resonance Circuit）、PRC（Parallel Resonance Circuit）、SPRC（Series-Parallel Resonance Circuit，又称LLC）。
从这个方案可以看出，可以利用双谐振网络来实现 ZVS，如果将LCC的直流特性左右翻转，那么低频谐振点 就可以利用上。因此，出现了特性较好的谐振变换器LLC 结构。
+ Q1
D1
Vin
A
-
Q2
D2
Cr
Lr
D R1
**
Lm n p
ns
*
Cf
ns
DR2
+
R Vout
-
LLC形式
对于LLC电路，存在两个谐振频率：
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2 LLC变换器的工作原理
2.1 LLC变换器的模态分析
根据LLC谐振变换器的 直流增益特性可以将其分 为三个工作区域。
通常将LLC谐振变换器 设计工作在区域1和2，工 作区域3 是ZCS工作区。对 于MOSFET而言，ZVS模式 的开关损耗比ZCS模式的开 关损耗要小。
2.1.1 工作区域2(fr2<f<fr1) 模态1
1.2 PRC（并联谐振电路）
+ Q1
Vin
-
Q2
Lr
D R1
**
Cr np
ns C f
*
ns
DR2
+
R Vout
-
PRC的直流特性曲线
根据其直流特性可知： ① fs>fr时，实现软开关； ② 轻载时，fs并不要变化很 大来维持输出电压不变； ③ Vin增大时，fs增大来维持 输出电压不变。
此时谐振腔内循环的能量 依然很大，即使是在轻载的 条件下，由于负载与电容并 联，仍然有一个比较小的串 联阻抗。
1.1 SRC（串联谐振电路）
+ Q1
Vin
-
Q2
Cr
Lr
D R1
**
np
ns C f
*
+
R Vout
-
ns
DR2
电路中电感与电容串联，形成一个串联谐振腔。
这个谐振腔的阻抗与负载串联，则由于其串联分压作 用，增益总是小于1。谐振腔的阻抗与频率有关，在 其谐振频率fr下阻抗最小，此时的增益也最大。
SRC的直流特性曲线
与SRC相比，PRC优点：在轻载时，频率变化不大即可 保证输出电压不变。
PRC的缺点：高的谐振能量、高输入电压时关断电流较 大会引起较大的关断损耗。
1.3 SPRC（串并联谐振电路）
串并联谐振电路有两种形式。
+ Q1
Vin
-
Q2
Csr
Lr
D R1
*
Cpr n p
*
ns C f
*
+
R Vout
-
ns
Lr与Cr串联谐振，Lm上电压由于 被箝位而只作为负载不参与谐振。
在这个时段里,有Ir=Ilm+Inp。 在t2时刻，Ir=Ilm。
IQ1 VCr
t0 t1 t2t3
工作区域2——模态3
+ Q1
D1
Vin
A
-
Q2
D2
Cr
Lr
DR1
*
*
Lm n p
ns
*
Cf
ns
+
R Vout
-
DR2
③ M3:(t2<t<t3) t2时刻，Inp=0,则副边电流也为
DR2
LCC形式
对于LCC电路，存在两个谐振频率：
fr1 2
1 Lr C sr
1
fr 2 2
Lr (C sr
//
C
）
pr
显然，fr2<fr1。由直流特性曲线可知： ① 当fr2<fs<fr1时，MOSFET工作在ZCS区域，对于MOSFET
而言，ZVS模式下开关损耗较ZCS模式要小； ② 为了满足ZVS，fs>fr1，这样低频谐振点没有利用。
0，即DR1ZCS关断，不存在反向 恢复的问题。在这个时段，Q1依 然导通。这时（Lr+Lm)与Cr形成
推过去，原边电压即为恒定值（
np*Vo/ns），则Lm处于恒压储能状
态，其电流线性上升。
t0 t1 t2t3
工作区域2——模态2
+ Q1
D1
Vin
A
-
Q2
D2
Cr
Lr
DR1
*
*
Lm n p
ns
*
Cf
ns
DR2
Q1
+
R Vout
-
Io
Ir
I Lm
② M2:(t1<t<t2) t0~t1时段，Q1已经ON。谐振电 流Ir从0开始以近似正弦规律增大 ，副边DR1依然导通，副边电压
根据电路的直流特性可知： ① fs>fr时,开关管 Q-->ZVS； ② 轻载时，fs要变化很大才能保 证输出电压不变; ③ Vin增大时,fs增大使输出电压 保持不变。
此时谐振腔的阻抗也增大，则 谐振腔内有很高的能量在循环， 而并没有把这些能量供给负载， 并且使半导体器件的应力增大。
因此，串联谐振变换器存在一些不利因素：轻载调整 率高、高的谐振能量、高输入电压时较大的关断电流。
+ Q1
D1
Vin
A
-
Q2
D2
(Ir从左向右为正）
Q1
Cr Lr
D R1
**
Lm n p
ns
*
Cf
ns
+
R பைடு நூலகம்out
-
DR2
Io
Ir
I Lm
① M1:(t0<t<t1)
I Q1
t0时刻，Q2恰好关断，谐振电流
Ir<0，IDR1=0。Ir流经D1，使 VQ1=0,为Q1 ZVS开通创造条件。 VCr
在这个过程中，PWM信号加 在Q1上使其ZVS开通。
f r1 2
1 Lr C r
1
f r 2 2 （ Lr Lm )Cr
显然，fr1>fr2。由直流特性曲线可知： ① 当fs>fr2时，MOSFET工作在ZVS区域，对于MOSFET而 言，ZVS模式下开关损耗较ZCS模式要小； ② 在轻载时，LLC谐振变换器的开关频率变化很小，即使在 空载时它也具备零电压开关能力。
t0 t1 t2t3
工作区域2——模态1
+ Q1
D1
Vin
A
-
Q2
D2
Cr Lr
D R1
**
Lm n p
ns
*
Cf
ns
Q1
+
R Vout
-
Ir
I Lm
DR2
Io
① M1:(t0<t<t1) 这时Vin加在谐振腔上，Ir增大到0 IQ1
，在这个过程中，由电磁感应定律
知，同名端为“+”，副边DR1导通 ，此时副边电压即为输出电压。反 VCr