选择用于LLC谐振转换器的初级侧MOSFET
LLC谐振变换器的原理说明
LLC谐振变换器的原理说明LLC谐振变换器要提⾼主变换器能效,可以采⽤以下四种⽅式:⼀是降低导通损耗或者是减⼩初级峰值电流和均⽅根电流来降低⼀次导通损耗;⼆是采⽤软开关技术降低开关损耗;三是减⼩整流器的压降,例如采⽤低的正向压降⼆极管或者FET整流器,来降低⼆次损耗; 四是采⽤更好的磁芯材料来降低磁芯损耗.杨恒.LED照明驱动器设计步骤详解[M].北京：中国电⼒出版社.20101软开关技术的提出（电⼒电⼦技术-西安交通⼤学王兆安黄俊第四版）还是从⼩型化、轻量化的发展趋势看，装置的效率以及电磁兼容的要求变得更⾼。
当提⾼开关频率，开关损耗增加，电路的效率下降，电磁⼲扰也增⼤，这⾥提出了软开关技术，它是利⽤谐振的辅助换流⼿段，从⽽解决电路的开关损耗和开关噪声的问题。
硬开关：开关过程中，电压电流均不为零，出现重叠，因此导致开关损耗（电路效率的降低、阻碍开关频率的提⾼）。
并且，电流电压变化很快，波形有明显的过冲，导致了开关噪声（电磁⼲扰EMI）。
如图5-1所⽰：图5-1 硬开关电路波形软开关：通过增加电感、电流等谐振元件，构成辅助换流⽹络，在开关过程的前后引⼊谐振过程。
开关开通前电压降为零，或者关断之前电流降为零，消除电压电流之间的重叠，降低电压电流的变化率，减⼩开关损耗和开关噪声。
如图5-2所⽰：图5-2 软开关电路波形主要的软开关拓扑结构有:结合本⽂设计要求,将采⽤双电感加单电容的谐振变换器。
2谐振变换器的发展为了降低开关损耗和开关噪声，并且容许⾼频运⾏，谐振开关技术得到了发展。
在各类的谐振变换器中，LC串联谐振变换器是最简单也是最普遍的。
1）LC串联谐振变换器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。
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。
llc谐振变换器原理
LLC谐振变换器是一种高效的电力转换器，常用于直流-直流（DC-DC）和直流-交流（DC-AC）的能量转换应用。
它采用谐振技术，在输入和输出之间实现高效能量传输。
LLC谐振变换器的原理如下：
1.输入滤波器：LLC谐振变换器的输入端通常包含一个电感、电容和滤波器电路。
它
的作用是滤除输入电源中的高频噪声，并提供稳定的输入电压。
2.变换器拓扑：LLC谐振变换器的核心是一个组合了电感（L）、电容（C）和电阻（R）
的谐振电路。
这个谐振电路通常呈LC串联并联的形式，形成了谐振回路。
3.开关控制：LLC谐振变换器通过开关管（通常是MOSFET）来控制能量的流动。
开
关管的状态由控制电路根据需求进行调整。
4.谐振过程：在LLC谐振变换器中，开关管周期性地打开和关闭，从而使能量在谐振
电路中流动。
当开关管关闭时，电感和电容形成谐振回路，储存能量；当开关管打
开时，谐振回路释放能量到输出端。
5.控制和调整：LLC谐振变换器的控制电路负责监测输入和输出的电压、电流，以及
开关管的状态，并根据需要进行调整。
通过精确控制开关管的开关频率和占空比，
可以实现高效的能量转换和稳定的输出。
LLC谐振变换器利用谐振技术，在开关管的开启和关闭过程中实现零电压或零电流切换，减少了开关损耗和开关噪声，提高了转换效率。
同时，谐振电路的特性使得LLC谐振变换器具有较好的抗干扰能力和较低的电磁干扰（EMI）。
总而言之，LLC谐振变换器利用谐振原理实现高效的能量转换和稳定的输出，适用于多种功率转换应用，如电源适配器、电动车充电器、太阳能逆变器等。
dcdc中llc谐振变换器工作原理
dcdc中llc谐振变换器工作原理
LLC谐振变换器是一种常用的高频变换器，其工作原理如下：
1.输入电压加工作在非导通状态的功率开关管（如MOSFET）并接入电感Lr，产生电流。
2.当MOSFET导通时，电感Lr储存了能量，这时MOSFET截止且电容C输出电压被输出。
3.MOSFET截至后，电感Lr和电容C形成一个谐振电路。
谐
振电路中的能量开始通过二极管D输出。
4.当谐振电路中的能量完全输出后，再次触发MOSFET的导
通操作，使得新一轮的能量传输开始。
LLC谐振变换器的工作原理遵循以下几点特点：
1.谐振电路要求电感Lr和电容C的谐振频率与输入电压的频
率相同，以实现高效能量传输。
2.通过合理调整开关频率和占空比，可以实现谐振电路中能量
的最大化输出。
3.LLC谐振变换器采用谐振方式工作，能够实现高效能量转换
和低损耗。
4.通过控制开关管的导通和截止状态，可以实现输出电压的稳
定调节。
综上所述，LLC谐振变换器利用谐振电路的特性，实现了高效能量转换和稳定调节的功能。
LLC谐振电路中MOSFET的选择
上管
Vcr / V
200 150 100 50 0
Vcr
IS1 / A
Id2
2 1.5 0.5 -0 3
上管
I_Lr / A
ILr
I_Lm / mA
2 1.5 0.5 -0 800 600 400 200 0 0 -0.5 -1.5 -2.5 -3
IS2 / A
ILm
Id1
下管
0 time/uSecs 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1uSecs/div
LLC变换器有效值电流比较 SJ MOS和GaN HEMT MOS @1MHz
更短的死区时间会有更小原副边有效值电流
LLC变换器 ZVS状态下模态切换
S2 Va S1 Ir D2 Cr Lr Lm S2 Va S1 Ir D2 Cr Lr Lm
D1 S2 Va S1 Ir D2 Cr Lr Lm S2 Va S1 Ir Cr Lr Lm
导通损耗
2 1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 50
开关损耗
Dead time (nS)
4 3.5 3
100
150
200
250
总损耗
Dead time (nS)
Loss (%)
2.5 2 1.5 1 0.5 0 0 50 100 150 200 250
Dead time (nS)
原边电流有效值
I RMS 6.1A
谐振电容
Cr 30nF
LLC设计流程
开关频率
规格要求
变压器匝比
MOSFET
死区时间优化 励磁电感Lm
N
最大增益 要求
Y Ln Q
LLC谐振电路工作原理及参数设计
LLC谐振电路工作原理及参数设计工作原理：1.负载谐振阶段：在负载谐振阶段，MOSFET开关管打开，电流从输入电源进入输出负载，而电感储能，谐振电容负责产生谐振回路。
由于负载谐振，电流连续存在，电压波形接近正弦波，减小了开关损耗和开关电磁干扰。
2.变压器谐振阶段：在变压器谐振阶段，MOSFET开关管关闭，存储在电感中的能量开始释放，能量在变压器和电容之间往复传输。
电容负责过滤电流中的高频分量，而电感负责限制电流的变化率，实现低开关噪声和小开关损耗。
在一定的频率范围内，变压器的自谐振频率与电容和电感参数的选择相关。
参数设计：1.谐振频率：谐振频率的选择可以根据电源和负载的要求进行优化。
一般来说，初始设计时可以选择频率较低的谐振频率，这样可以减小开关损耗和电磁干扰。
同时，还需要考虑到电感和谐振电容参数的合适选择，以避免谐振频率过低或过高，影响转换效率和稳定性。
2.谐振电容：谐振电容的选择可以根据谐振频率和电流要求来确定。
谐振电容的主要作用是在谐振过程中过滤高频分量。
较大的谐振电容可以减小开关电压应力，但也会增加功耗。
因此，需要在谐振电容大小和功耗之间进行合理的权衡。
3.电感参数：电感参数的选择通常由输入电压、输出功率和谐振频率等决定。
较小的电感值可以减小开关器件的电流冲击，降低开关损耗，但也可能影响电压稳定性。
因此，在设计中需要综合考虑电感值和其他元件参数的匹配。
4.开关管参数：开关管的参数设计主要涉及电压和电流的选择。
需要根据输入/输出电压、电流和负载特性等来选择合适的MOSFET开关管，确保工作在可靠的工作范围内，同时还要考虑开关损耗和热耗散等方面。
总之，LLC谐振电路的工作原理是通过充分利用谐振特性实现高效率的电源转换。
参数设计需要综合考虑谐振频率、谐振电容、电感参数和开关管参数等因素，以满足输入/输出要求，同时最大程度地提高转换器的效率和性能。
MOSFET寄生参数对LLC谐振变换器性能影响研究
MOSFET寄生参数对LLC谐振变换器性能影响研究鄢沈华，甄昊涵，童涛，沈培刚，陈海敏，陈圣泽(国网上海市电力公司电力科学研究院，上海200090)摘要：针对MOSFET寄生参数对LLC谐振电路性能的影响，首先对MOSFET的寄生电容进行等效分析，基于该等效模型，分析在LLC谐振变换电路中，寄生参数的存在对电路各个阶段过程的影响；接着对由于寄生参数引起的非线性特征，基于Angelov模型进行建模，并对该模型在直流电路中的影响进行分析。
最后在MATLAB下建立了LLC谐振电路模型，在仿真模型中考虑了寄生参数的影响。
仿真结果表明，建立的等效模型可以较好地反映MOSFET器件的工作特点；同时，由于寄生参数的存在，LLC谐振电路的输出增益和谐振频率都会受到影响，其中尤以对谐振频率的影响较大。
关键词：寄生参数；LLC谐振电路；Angelov模型；输出增益；谐振频率中图分类号：TN386文献标识码：A DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.200552中文引用格式：沈华，甄昊涵，童涛，等.MOSFET寄生参数对LLC谐振变换器性能影响研究[J].电子技术应用，2021,47 (1):41-45.英文引用格式：Shen Hua,Zhen Haohan,Tong Tao,et al.Influence of MOSFET parasitic parameters on LLC resonant converter performance[J].Application of Electronic Technique,2021,47(1)：41-45.Influence of MOSFET parasitic parameters on LLC resonant converter performance Shen Hua,Zhen Haohan,Tong Tao,Shen Peigang,Chen Haimin,Chen Shengze(Institute of Electric Power Science,State Grid Shanghai Electric Power Company,Shanghai200090,China)Abstract:For the influence of the parasitic parameters of MOSFET on the performance of LLC resonant circuit,the equivalent analysis of the parasitic capacitance of MOSFET is first carried out.Based on this equivalent model,in the LLC resonant conversion circuit,due to the existence of parasitic parameters,the impact of each stage of the circuit is analyzed.Then,the nonlinear characteristics caused by parasitic parameters are modeled based on the Angelov model,and the impact of the model on the DC circuit is analyzed.Finally,the LLC resonant circuit model is established under MATLAB,and the influence of parasitic parameters is considered in the simulation model.The simulation results show that the equivalent model established in this article can better reflect the operating characteristics of the MOSFET device;at the same time,due to the presence of parasitic parameters,the output gain and resonance frequency of the LLC resonant circuit will be affected,especially the resonance frequency Greater impact. Key words:parasitic parameters；LLC resonant circuit；Angelov model；output gain；resonant frequency0引言随着电力电子技术的发展,对电子元器件自身造成的损耗要求越来越严格，人们期望通过技术的改变,大幅降低开关器件的功耗,达到节约能源，提升控制精度的目的。
LLC谐振变换器PWM控制策略和同步整流技术的研究
LLC谐振变换器PWM控制策略和同步整流技术的研究一、概述随着电力电子技术的快速发展，高效率、高功率密度的电源变换器在各个领域的应用越来越广泛。
LLC谐振变换器作为一种高效、高功率密度的电源变换器，其在实际应用中受到了广泛关注。
LLC谐振变换器的控制策略和整流技术对其性能有着重要影响。
研究LLC谐振变换器的PWM控制策略和同步整流技术对于提高电源变换器的效率和稳定性具有重要意义。
PWM（脉冲宽度调制）控制策略是LLC谐振变换器中的一种重要控制方式。
通过调节PWM信号的占空比，可以有效地控制LLC谐振变换器的输出电压和电流，从而实现对其性能的精确控制。
同时，PWM 控制策略还可以提高LLC谐振变换器的动态响应能力，使其能够快速适应负载变化。
同步整流技术是一种提高整流效率的有效方法。
传统的整流电路通常采用二极管作为整流元件，但由于二极管的导通压降较大，会导致整流效率较低。
而同步整流技术则采用MOSFET等低导通压降的开关器件代替二极管，从而大大降低了整流损耗，提高了整流效率。
本文旨在研究LLC谐振变换器的PWM控制策略和同步整流技术，通过理论分析和实验验证，探索出更为高效、稳定的控制方法和整流技术，为LLC谐振变换器的实际应用提供理论支持和实验依据。
同时，本文的研究结果也可以为其他类型的电源变换器的控制策略和整流技术的研究提供参考和借鉴。
1. LLC谐振变换器的概述LLC谐振变换器是一种高效、高功率密度的电力转换装置，近年来在电力电子领域得到了广泛的研究和应用。
作为一种谐振变换器，LLC以其独特的拓扑结构和控制方式，实现了在宽负载范围内的高效、稳定运行。
其基本原理基于谐振原理进行电压和电流的变换，主要由初级电感(L)、谐振电感(Lr)和谐振电容(Cr)组成，形成一个LLC谐振网络。
在正常工作过程中，该谐振网络会在特定的频率下发生谐振，实现输入电压到输出电压的转换。
LLC谐振变换器的特点之一是能够实现开关管的零电压开关（ZVS）和零电流开关（ZCS），从而有效减小开关损耗，提高变换器的效率。
LLC谐振变流器设计(实际产品经验)
LLC谐振变流器设计(实际产品经验)介绍在本文档中，我们将探讨LLC谐振变流器的设计及其实际产品经验。
首先，我们将简要介绍LLC谐振变流器的原理和应用。
接着，我们将会详细讨论设计LLC谐振变流器的关键要点，并分享一些实际产品开发中的经验。
LLC谐振变流器原理和应用LLC谐振变流器是一种拥有高效率和低噪音的电力转换器。
它结合了LLC谐振拓扑和MOSFET功率开关技术，适用于多种电源和电子设备。
LLC谐振变流器能提供稳定的输出电压和电流，同时具备较高的功率密度和较低的损耗。
LLC谐振变流器广泛应用于许多领域，包括电力电子、电动汽车充电器、工业控制系统和可再生能源系统等。
其高效率和稳定性使得LLC谐振变流器成为现代电力转换领域中的重要技术。
设计LLC谐振变流器的关键要点设计一个高效的LLC谐振变流器需要考虑以下几个关键要点：1. 高质量的电源和输出滤波器：为了减小电流和电压的谐振干扰以及提供稳定的输出，需要使用高质量的电源和输出滤波器，确保系统的稳定性和性能。
2. 正确选择谐振电容和电感：谐振电容和电感的选择对于LLC 谐振变流器的工作稳定性和效率至关重要。
需要根据设计要求和负载特性选择合适的谐振元件。
3. 控制策略和参数调优：LLC谐振变流器的控制策略和参数调优直接影响系统的响应速度和稳定性。
需要根据具体应用需求进行控制策略的选择和参数调优，以达到最佳性能。
4. 开关器件的选择和驱动：选择合适的MOSFET功率开关器件，并设计合适的驱动电路，保证稳定的开关操作和最小的功率损耗。
实际产品开发经验在实际的LLC谐振变流器产品开发中，我们积累了以下经验：1. 充分的系统仿真和验证：在设计阶段，进行系统级的仿真和验证可以帮助评估系统的性能和稳定性。
有效的仿真和验证能够尽早发现和解决潜在问题。
2. 优化热管理和散热设计：LLC谐振变流器在工作过程中会产生较多的热量，因此需要进行优化的热管理和散热设计，确保系统在高温环境下的可靠工作。
LLC谐振变换器的参数设计
Science &Technology Vision科技视界0引言由于LLC 谐振变换器可以在全负载范围内实现原边开关管的零电压开关,副边整流二极管能够实现零电流关断,这样产生的电磁干扰小,容易满足开关电源高效率、高功率密度的要求,得到了越来越多的研究与应用[1-2]。
但是LLC 谐振变换器电路特性比较复杂,这也导致其参数设计较为复杂抽象,阻碍了LLC 谐振变换器的实际应用[3-4]。
本文给出了LLC 谐振网络的参数设计与优化的方法,并通过实验对该参数设计方法进行了验证。
1拓扑结构图1给出了半桥LLC 谐振变换器的主电路拓扑,Q 1、Q 2为理想开关管,D 1、D 2为其体二极管,C oss 1、C oss 2为相应的寄生电容,L r 为谐振电感、C r 为谐振电容,L m 为变压器激磁电感,D R 1、D R 2为整流二极管。
图1LLC 谐振变换器拓扑谐振网络由3个谐振元件:L r 、L m 和C r 组成,因此该谐振网络存在不同的谐振频率。
当L r 和C r 谐振时,其谐振频率为:f r =12πL r C r√(1)当L r 和L m 串联,与C r 谐振,此时的谐振频率为:f m =12π(L r +L m )C r√(2)由于L m 取值一般为L r 的数倍,因此f m 比f r 小很多。
f m 和f r 将整个开关频率区间划为3个部分,即f s <f m ,f m <f s <f r 以及f s >f r 。
2工作原理通常LLC 谐振变换器工作在f m <f s <f r 以及f s >f r 区间。
当LLC 谐振变换器工作在f m <f s <f r 频率范围时,一个开关周期可以划分为八个工作模态。
由于后四个工作模态与前四个工作模态类似,这里仅分析其前四个工作模态。
各模态的等效电路如图2所示,图中所示电流方向为参考方向。
LLC谐振半桥工作原理LLC变压器计算公式
LLC谐振半桥工作原理LLC变压器计算公式LLC谐振半桥拓扑由两个MOSFET开关、一个电感、两个电容和一个变压器组成。
当MOSFET管1打开时，电流从电压源流入变压器，此时电感储存了能量。
当MOSFET管1关闭时，储存在电感中的能量通过电容C1释放，产生谐振振荡。
在振荡过程中，电容C1和电感L之间会交换能量，电容C2也会参与能量交换。
此时，MOSFET管2闭合，电感和电容C2中的能量被传递到输出负载。
在LLC谐振半桥结构中，变压器起到了电能传输和电压转换的作用。
通过变压器的绕组比例选择，可以实现输入电压到输出电压的变换。
变压器的绕组匝比选择要根据具体的应用需求来确定。
LLC变压器的计算公式是根据变压器的输入功率和输出功率来计算的。
变压器的输入功率和输出功率之间存在一定的功率损耗，这些损耗包括铜损和铁损。
铜损是指由于电流通过导线和绕组产生的电阻导致的功率损耗，铁损是指由于变压器磁芯材料的磁滞特性导致的功率损耗。
变压器的输入功率可以通过测量输入电压和电流得到，输出功率可以通过测量输出电压和电流得到。
变压器的效率可以通过输出功率和输入功率之比来计算，一般标称效率在90%以上。
LLC变压器计算公式如下：1.计算输入功率：输入功率=输入电压×输入电流2.计算输出功率：输出功率=输出电压×输出电流3.计算损耗功率：损耗功率=输入功率-输出功率4.计算效率：效率=输出功率/输入功率×100%以上是LLC谐振半桥工作原理和LLC变压器的计算公式的详细介绍，希望能对您有所帮助。
llc谐振调试技巧
llc谐振调试技巧llc谐振调试技巧1. 引言在现代电子设备中，低电压直流-直流（LLC）谐振拓扑广泛应用于交换电源、电磁干扰滤波、电动汽车充电器等领域。
然而，由于LLC谐振拓扑具有复杂的运行原理和参数之间的相互依赖关系，调试起来可能会有一定的挑战。
本文将介绍一些LLC谐振调试的技巧，以帮助工程师更好地理解和调整该拓扑。
2. 基本原理LLC谐振拓扑由谐振电感（Lr）和谐振电容（Cr）构成，通过交替开关（如MOSFET）控制，以实现高效的能量转换。
在工作过程中，电源电压先充电Cr，再通过谐振电感和输出电容传递能量给负载。
通过合适的控制方案，可以实现LLC谐振拓扑的高效转换。
3. 调试步骤（1）初步电路搭建：搭建LLC谐振拓扑的初步电路，包括MOSFET 开关、谐振电感、谐振电容和输出负载等。
确保电路连接正确，并检查元件的参数是否与设计相符。
（2）谐振频率确定：LLC谐振频率是调试的首要步骤。
可以通过计算或实验来确定谐振频率。
调整Cr和Lr的参数，直到达到预期的谐振频率。
（3）输出电压调节：根据需求，调整输出电压。
可以通过改变输出电容或改变控制信号来实现。
注意，输出电压的调节可能会影响整个系统的性能和稳定性，因此需要谨慎处理。
（4）开关管驱动：充分了解MOSFET开关的驱动和保护特性，确保开关管正常工作且不会出现过压或过流情况。
合理设置和控制开关频率，以提高系统的效率和可靠性。
（5）参数优化：根据实际需求和性能指标，进一步调整LLC谐振拓扑的参数。
调整谐振电容的数值以优化效率和负载能力。
注意应该谨慎操作，避免参数调整过大导致的系统不稳定。
4. 调试技巧（1）测量仪器的选择：在LLC谐振调试中，正确选择和使用测量仪器非常重要。
示波器、频谱仪和电流表等仪器能够提供详细的电压、电流和频率等参数信息，帮助工程师判断系统的工作状态。
（2）波形分析：通过观察并分析LLC谐振拓扑的不同节点的电压波形，可以了解各个部分之间的相互影响。
LLC谐振变换器主电路参数计算和MOS管寄生电容的解释(仙童手册)
图1.LLC 主电路参数计算步骤表1是按照上面图2所示步骤得到的计算值与实际电路中使用的数值的比较，从表1的对比可以发现计算值与实际值之间的误差较大。
表1.LLC 主电路参数计算值和实际值由于励磁电感的计算会导致后续谐振电感参数和谐振电容参数的误差，因此，为了找到计算的来源，首先得分析励磁电感计算的正确与否。
下面是对励磁电感计算的方法。
为了保证原边开关管完全实现零电压开通，在死区时间内励磁电流的峰值需要满足维持开关管寄生电容充放电所需要的能量，因此有max 4dead rss in LLC i t C U ->上式中i max 是励磁电流最大值，t dead 是开关管的死区时间，Crss 是MOSFET 的寄生电容，U in-LLC 是LLC 谐振变换器的输入电压。
当LLC 谐振变换器的工作频率等于谐振频率时，谐振电流可以简化为正弦波，而励磁电流则简化为三角波，由于在一个开关周期内励磁电感充放电能量相等，对T/4时间内积分可以得到励磁电流最大值max 4Lm m U T i L =上式中U Lm 是励磁电感电压，当其被输出电压钳位时有U Lm =n （U o +2U D ），由零电压开通条件表达式和励磁电流最大值表达式可以得到励磁电感的取值上限16dead m rss Tt L C <代入数字计算得L m （max ）=1.29mH上面的计算方法中原理和公式都没有错误，可能存在问题的地方是励磁电感上限计算公式代入的数值有误。
经过对比，发现之前的计算中有两个数值有误，第一是死区时间t dead ，因为LLC 电路的控制芯片是L6599，其手册中给出的死区时间是个固定值，为300ns ，而我们在实际调试过程中用示波器测试发现死区时间是800ns ；第二，MOSFET 的寄生电容有误。
我理想的认为，MOSFET 开关管（型号为SPW47N60C3）手册中给出的Reverse transfer capacitance （C rss ）就是漏源极之间的寄生电容，实则不然。
LLC谐振变换器的谐振模式原理及最大增益分析
LLC谐振变换器的谐振模式原理及最大增益分析张澧生【摘要】LLC谐振变换器具有高效率功率变换和宽范围输入电压适应性的突出优势,但是关于变换器最大增益的研究还存在明显不足.为此,以LLC谐振变换器的最大增益为研究对象,根据串并联谐振的进行过程对变换器的谐振模式进行了划分,即变换器可分为欠谐振、完全谐振和过谐振3种谐振模式.当变换器工作在完全谐振模式时,变换器增益达到最大值,对应的开关频率称为临界频率.最后,通过建立变换器状态方程推导得到最大增益和临界频率的时域表达式,并结合仿真和实验验证了理论分析的准确性.【期刊名称】《华东师范大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(000)001【总页数】9页(P203-211)【关键词】LLC谐振变换器;谐振模式;临界频率;最大增益【作者】张澧生【作者单位】湖南机电职业技术学院电气工程系,长沙410151【正文语种】中文【中图分类】TM46伴随着电力电子功率变换技术的不断发展，高功率密度成为开关电源发展的主要制约因素之一［1-2］.为了实现高功率密度的目标，开关电源需要工作在更高的开关频率和更高的效率下.开关频率的提高可以有效减小磁性元件等无源元件的尺寸，而效率的提高则减小了散热器的尺寸.除此之外，在多数应用场合中对电源的掉电保持时间有着明确要求.为了满足掉电保持要求，开关电源需要保持正常输出即使输入电压处于最低水平，即开关电源中所选用的拓扑需要具备宽输入电压范围的能力［3］.在众多拓扑中，LLC谐振变换器因其在高效率功率变换和宽范围输入电压方面的突出优势，已经成为中小功率开关电源的最佳拓扑［4-5］.一方面，在额定工况下，变换器的开关频率接近于谐振频率（图1中Lr和Cr的特征谐振频率），原副边开关管均能实现软开关，开关损耗和导通损耗均处于较低的水平，因此功率变换效率高.另一方面，当输入电压降低时，通过减小开关频率可提高变换器增益以保证输出电压稳定，因此变换器的输入电压宽范围适应性强.为了满足掉电保持功能的要求，变换器需要具备一定的宽范围输入电压适应性［7］.当输入电压处于额定水平时，开关频率接近谐振频率，以获得最高的功率变换效率；当发生掉电情况时，由于掉电保持电容的作用，输入电压会沿着曲线的轨迹下降，变换器的开关频率需要根据输入电压水平进行实时减小以维持输出电压的稳定.为了满足掉电保持时间要求，需要获得变换器的最大增益以优化掉电保持电容的容量.因此，从宽范围输入电压适应性的角度出发，在设计LLC谐振变换器时，不仅要考虑额定工况，也要考虑最小输入电压工况.然而由于理论分析的复杂性，目前就LLC谐振变换器的最大增益还没有准确的数学分析与推导.因此现有的LLC谐振变换器的设计方法一般只考虑额定工况［6-8］.也有少数文献报道了宽范围输入电压设计方法［9-11］，但利用这些方法得到最大增益的过程或结果都存在一定的不足之处.文献［9］提出了利用基波近似分析方法设计宽电压输入LLC谐振变换器.额定工况下，开关频率接近谐振频率，此时该方法得到的增益与实际增益基本一致.但是当开关频率远离谐振频率时，该方法得到的增益和实际增益存在较大偏差.该偏差的大小与开关频率远离谐振频率的程度有关，越远离，偏差越大.因此利用该方法得到的最大增益在准确度上存在明显不足.文献［10］针对基波近似分析方法不能准确反映LLC谐振变换器增益特性的不足，提出了一种基波分析法结合时域仿真得到变换器的仿真增益曲线，并用该曲线指导谐振腔设计.然而该方法是通过仿真手段获得变换器的最大增益，不仅需要在计算机上进行大量仿真工作，同时对变换器最大增益分析缺乏理论指导意义.文献［11］提出了LLC谐振变换器的一种简化的时域分析模型，并基于该模型推导得到了变换器的增益曲线，相比于传统的基波近似分析方法，该方法明显地减小了开关频率远离谐振频率附近区域的增益误差（理论增益与实际增益的偏差）.但是该方法没有对变换器最大增益运行工况进行深入研究，因此所得到的最大增益在准确度上也存在一定不足.总结已有的研究和文献报道，目前在学术界和工业界，还没有提出LLC谐振变换器最大增益的精确分析方法.为此，本文对LLC谐振变换器在最大增益点及其附近工作区域进行了深入研究，提出了一种变换器最大增益的精确的数学分析方法.首先，本文结合模态分析法和状态方程法搭建了变换器在最大增益运行工况下的数学模型.变换器存在临界频率fc，当开关频率fsw等于fc时，变换器工作在完全谐振模式，此时变换器增益达到最大值.完全谐振模式下变换器由两个模态组成：串联谐振模态和能量输出模态，分别建立两个模态下的状态方程，从而获得变换器在最大增益运行工况下的数学模型.其次，本文根据各模态之间的过渡条件，结合所建立数学模型求解得到变换器的最大增益及其对应临界频率的时域表达式.最后，本文通过仿真和实验研究验证了理论分析的准确性.1.1LLC谐振变换器的拓扑结构LLC谐振变换器的拓扑结构如图1所示，变压器原边为全桥逆变结构，副边为全桥整流结构.三元件谐振腔由励磁电感Lm、谐振电感Lr和谐振电容Cr构成.图1中ir为谐振腔电流，im为励磁电感电流，irec为整流输出电流，vCr为谐振电容电压.当LLC谐振变换器工作在串联谐振状态时，副边整流二极管导通，励磁电感电压被输出电压钳位，谐振腔进行串联谐振，能量直接通过变压器传送到副边，此时的谐振模式相对简单.但是当副边整流二极管关断后的谐振过程则要复杂得多.此时变换器工作在串并联谐振状态，谐振腔的谐振进行过程与开关频率密切相关.存在一个临界频率fc，使得fsw＞fc时，变换器工作在欠谐振模式；fsw=fc时，变换器工作在完全谐振模式；fsw＜fc时，变换器工作在过谐振模式.1.2过谐振模式下变换器的工作原理过谐振模式的工作波形如图2所示，［t0～t1］时间内为串联谐振模态，［t1～t3］为串并联谐振阶段.在该模式下可以将变换器在［t1～t3］时间内的串并联谐振过程分为2个模态：能量输出模态和能量回馈模态.模态1［t1～t2］：能量输出模态.该模态内，Q1和Q3导通，副边二极管截止，输入侧输出能量，其能量流向图如图3（a）所示.模态2［t2～t3］：能量回馈模态.该模态内，Q1和Q3驱动信号没有消失，但是电流反向，副边二极管保持截止.谐振腔能量通过Dj1和Dj4回馈给输入侧，其能量流向图如图3（b）所示.1.3其他模式下变换器的工作原理当变换器工作在其他模式时，串并联谐振过程只有能量输出模态（图3（a）所示）.根据t2时刻谐振腔电流的大小，可以进一步地划分为两种谐振模式：当ir（t2）＞0时，为欠谐振模式；当ir（t2）=0时，为完全谐振模式，此时的开关频率即为临界频率.这里给出完全谐振模式的工作波形，如图4所示.在开关管导通期间，励磁电流线性变化，其变化率由输出电压决定.当励磁电流与谐振腔电流相等时，励磁电感参与谐振，并且将储存在变压器中的能量释放给谐振电容.如果每个开关半周期内励磁电流变化到零，那么储存在变压器和谐振电感中的能量就会全部释放给谐振电容，电容两端电压达到最大，此时变换器工作在完全谐振模式，变换器增益达到最大值.下面通过建立完全谐振模式下的状态方程推导变换器最大增益与临界频率.2.1完全谐振模式下的状态方程［t0～t1］时间内为串联谐振，微分方程见式（1），其初始条件满足ir（t0）=0，vCr（t0）=-VCr pk.根据式（1）及其初始条件，可推导得到［t0～t1］时间内的状态方程为式（2）中［t1～t2］时间内为串并联谐振，满足ir（t）=im（t），谐振腔微分方程为vCr（t）的初始值为vCr（T1），ir（t）的初始值为ir（T1）.求解可得［t1～t2］时间内的状态方程为式（4）中2.2最大增益与临界频率为了推导最大增益，需要找到Vo、T1、T2和VCrpk之间的关系.由于有4个未知量，因此需要列写4个方程.根据串联谐振结束时刻，谐振腔电流与励磁电流相等，可得ir（T1）=im（T1）. 根据串并联谐振结束时刻，谐振腔电流为0以及谐振电容电压达到最大值，可得ir （T2）= 0，vCr（T2）=VCrpk.将ir（T1）和vCr（T1）都代入ir（T2）和vCr （T2）.化简得到再根据串联谐振时间内，输入侧通过谐振腔将能量传输到输出侧可得式（8）中Ro为输出负载，化简得至此，完成了求解最大增益所需4个方程的建立.从式（5）可以得到，最大增益Mpk表达式为可以发现，可通过代入VCrpk和T1计算得到最大增益.谐振电容电压幅值VCrpk可通过联立式（5）和式（7），化简可得从式（11）可知，VCrpk可表示为T1和T2的函数.下面给出这两个时间量的计算.联立式（5）和式（10），化简可得T2也表示为了T1的函数，因此求得T1的结果，也就获得了其余未知量的结果.联立式（5）和式（6），化简可得联立式（12）和式（13）可得式（14）虽然只有一个未知变量T1，但是很难得到T1的解析表达式.在计算软件（比如Mathcad或Matlab）的帮助下，可以很容易地求解式（14）的方程，从而计算得到T1.再将T1代入式（12）或式（13）计算得到T2.将T1和T2代入式（11）计算得到谐振电容电压峰值VCrpk.最后将T1、T2和VCrpk一起代入式（10）计算得到最大增益Mpk.临界频率fc可以表示为fc=1/2（T1+T2），即最后，将T1和T2代入式（15）计算得到临界频率fc.至此，完成了LLC谐振变换器最大增益和临界频率的推导.为了验证本文所提出的理论分析的准确性，设计了一台100W的LLC谐振变换器样机，输入电压为20～60V，输出电压为400V.仿真和样机中的主要参数为：励磁电感Lm为30uH，谐振电感Lr为3uH，谐振电容Cr为220nF，谐振频率fr 为196kHz，变压器匝比n为0.147（原边5匝，副边34匝）.样机中主要元器件型号为：MOSFET选用IPP086N10N3，整流二极管选用MUR460，变压器选用PQ32/30骨架（PC40磁芯），谐振电感选用PQ20/20骨架（PC40磁芯）.图5为额定输入电压下的满载工作波形.图5（a）和5（b）分别为变换器在额定工况下的PSIM仿真波形和实验波形.从图5中可以看出，仿真与实验波形吻合.图5中的变量T为额定工况下的开关周期.仿真时开关频率为196kHz，实验时开关频率为192kHz，开关频率基本一致.图6为最低输入电压下满载工作波形，变换器的仿真与实验波形波形.图6（a）和6（b）分别为变换器工作在最大增益点工况下的PSIM仿真波形和实验波形.对比图6的仿真与实验结果可以看出，仿真和实验波形均与理论分析吻合.最大增益分析的理论与实验结果对比结果如表1所示.从表中可以看出，理论分析与仿真结果基本吻合.在最大增益方面，理论分析时不考虑死区时间和寄生参数的影响，而这些因素均会导致最大增益的下降.从表中数据来看，最大增益理论值与实验值的误差为2.97%，已经具有较高的精度，满足工程设计要求.本文根据串并联谐振进行过程将LLC谐振变换器分为欠谐振、完全谐振和过谐振三种模式.在过谐振模式下，开关管无法实现零电压开通，因此设计时需要避免进入该模式.根据变换器在完全谐振模式下将获得最大增益的原理，并通过建立状态方程推导得到最大增益与临界频率的理论值，最后进行了仿真与实验研究，对比了理论值、仿真值和实验值之间的差异，从而验证了本文所提原理和计算模型的准确性.本文所做工作可应用于对最大增益有精确要求的LLC谐振变换器宽范围输入电压场合.［1］VANWYK J D，LEE F C，BOROYEVICH D，et al.A future approach to integration in power electronics system［C］//The 29th Annual Conference on Industrial Electronics Society.New York：IEEE Press，2003：1008-1019.［2］REN Y C，XU M，SUN J L，et al.A family of high power density unregulated 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llc谐振工作原理
llc谐振工作原理LLC谐振工作原理一、引言LLC谐振（LLC Resonant）是一种常用于电力电子设备中的谐振电路，它具有高效率、低损耗以及稳定性好等优点，因此被广泛应用于电源、变换器等领域。
本文将从工作原理的角度对LLC谐振进行介绍。
二、LLC谐振的基本结构LLC谐振的基本结构由三个主要部分组成：输入电源（Vin）、谐振电容（Cres）和谐振电感（Lres）。
在输入电源的作用下，谐振电容和谐振电感形成一个谐振回路，通过控制开关管（MOSFET）的开关动作，实现能量的传输和转换。
三、LLC谐振的工作原理LLC谐振工作原理可以分为两个阶段：谐振阶段和关断阶段。
1. 谐振阶段在谐振阶段，输入电源的直流电压被转换为高频交流电压，进而通过谐振电容和谐振电感形成谐振回路。
MOSFET开关管通过控制电源的导通和关断，使电流在谐振电感和谐振电容之间来回流动，形成谐振。
在这个阶段，谐振电容和谐振电感的交流电压和电流都存在，通过合理选择谐振频率、电容和电感的参数，可以使得能量传输效率最大化。
2. 关断阶段在关断阶段，MOSFET开关管被关断，电流停止流动，谐振电容和谐振电感之间的能量存储在磁场中。
此时，通过合理设计电感和电容的参数，可以使得能量存储在磁场中的时间最长，从而减少能量损耗。
在关断阶段，通过控制开关管的关断时间，可以调节输出电压的大小和稳定性。
四、LLC谐振的特点和优势LLC谐振具有以下几个特点和优势：1. 高效率：由于LLC谐振可以实现高效能量转换和传输，因此具有较高的电能利用率，能够提高系统的整体效率。
2. 低损耗：LLC谐振在谐振阶段只有很小的开关损耗，而在关断阶段能量存储在磁场中，减少了能量损耗，从而降低了系统的功耗。
3. 稳定性好：通过合理设计谐振频率、电容和电感的参数，可以使得LLC谐振具有较好的稳定性，减少了输出电压的波动和噪声。
4. 宽工作范围：LLC谐振能够适应不同输入电压范围和负载变化，具有较宽的工作范围，提高了系统的稳定性和可靠性。
llc谐振式变换器的工作原理. -回复
llc谐振式变换器的工作原理. -回复LLC谐振式变换器是一种常见的电源转换器，具有高效率、低噪声和小体积等优点，被广泛应用于电子设备中。
本文将详细介绍LLC谐振式变换器的工作原理。
LLC谐振式变换器由三个主要组件组成：谐振电感(L)，谐振电容(C)，和LLC谐振变压器。
在详细介绍LLC谐振式变换器的工作原理之前，需要先了解一些基本概念。
1. LLC谐振变换器的输入电源：LLC谐振变换器通常使用直流电压输入，例如来自电池或电网的直流电压。
2. 调制信号：LLC谐振变换器的控制信号来自于调制器，调制器的任务是根据电路的工作状态产生恰当的驱动信号。
3. 开关管：LLC谐振变换器中使用开关管作为开关元件，可以是MOSFET 或IGBT等。
在了解这些基本概念后，我们可以进一步探讨LLC谐振式变换器的工作原理。
LLC谐振式变换器的工作原理如下：第一步：输入电源向LLC谐振变换器的输入端供应直流电压。
输入电源通常需要一个整流器将交流电转换为直流电。
第二步：通过调制器，控制信号发送给开关管。
调制器将根据LLC谐振变换器的输出需求产生正确的调制信号。
第三步：根据控制信号，开关管的状态改变。
当控制信号处于高电平时，开关管导通，输入电源的直流电流通过LLC谐振变换器的谐振电感。
第四步：当开关管导通时，谐振电感和谐振电容会构成一个谐振回路。
在谐振回路中，电流和电压会周期性地振荡。
第五步：谐振回路中的电流通过LLC谐振变压器的初级线圈。
第六步：通过互感作用，LLC谐振变压器的次级线圈中产生相应的电压信号，供给输出负载。
第七步：反馈回路中的控制器检测输出电压，并根据需要调整控制信号的幅值和频率。
第八步：基于反馈回路的控制信号，调制器决定开关管何时导通和何时关断。
这种反馈机制确保输出电压稳定，并适应负载变化。
通过这些步骤，LLC谐振式变换器可以实现对电源的高效转换。
谐振回路的设计和调整可以确保电流和电压之间的相位差最小化，从而最大限度地提高系统的效率。
LLC谐振转换器中怎样做才不会出现MOSFET故障
LLC 谐振转换器中怎样做才不会出现MOSFET 故障
为了降低能源成本，设备设计人员正在不断寻找优化功率密度的新方法。
通常情况下，电源设计人员通过增大开关频率来降低功耗和缩小系统尺寸。
由于具有诸多优势如宽输出调节范围、窄开关频率范围以及甚至在空载情况下都能保证零电压开关，LLC 谐振转换器应用越来越普遍。
但是，功率MOSFET 出现故障一直是LLC 谐振转换器中存在的一个问题。
在本文中，我们将阐述如何避免这些情况下出现MOSFET 故障。
初级MOSFET 的不良体二极管性能可能导致一些意想不到的系统或器件故障，如在各种异常条件下发生严重的直通电流、体二极管dv/dt、击穿dv/dt，以及栅极氧化层击穿，异常条件诸如启动、负载瞬变，和输出短路。
图1：LLC 谐振转换器
LLC 谐振转换器中的运行区域和模式
不同负载条件下LLC 谐振转换器的直流增益特性如图2 所示。
根据。