半桥LLC谐振变换器介绍
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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 switch
Higher switching losses limit switching frequency.
¾Low power density
-¾Lower efficiency
¾-Higher flux density level of transformer, bigger core size.
¾Poor EMI ( high dv/dt and di/dt )
¾Poor cross regulation
¾Higher output ripple noise
Hi h h l i i
¾Higher thermal agitation ¾
Higher voltage stress on MOSFET and rectifier diode
硬开关与软开关分析对比
Soft switch (LLC converter)
9High efficiency
9Primary MOS Zero-Voltage Switching
9Secondary Rectifier Diode Zero -Current Switching & low Vf. 9High power density
9Lower flux density level of transformer, smaller core size. 9Good EMI ( low dv/dt and di/dt)
G d EMI(l d/dt d di/dt
9Better cross regulation
9Lower output ripple noise
9Low thermal agitation
9Cost effective
9Low voltage stress on MOSFET and rectifier diode Simple Topology
9
LLC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）
L
50%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
20
0228P V n R ac ∗∗=π
9存在两个谐振频率Fr1&Fr2。
不变
9无论负载怎么变化在谐振频率处增量M=1
不变。9峰值增益在Fr1 与Fr2之间达到最大。
着9随着Q 值的降低（负载的降低），峰值增益向Fr2移动。
Lr
Lm Lp +=R Lr
Q Ro
n Rac ××=228πCr
Lp Rac
Cr Qe p ×==ωCr
Lr ×=0ω
¾谐振转换器的优势在于它采用了零电压开关（ZVS)，电路中的开关在其两端电压极低时导通。由于开关损耗和流经开关管上的电流和开关上的电压有关。而电压几乎为零，所以开通时的损耗极低。
¾当然只有电流滞后于电压才能实现零电压开关。
¾需要一定的死区时间确保Q1&Q2不会直通。
¾在关断期间不是无损的。
零电压开关的电容必须完全放电而充电时间应该不超过¾为了确保Q2零电压开关，Q1的电容必须完全放电。而充电时间应该不超过死区时间，有以下关系式。
b ∗sw
bus OSS I V C Tsw
=
Mosfet零电压开关波形
LLC的稳压原理
LLC 的DC
特性曲线
F 1Cr Lr Lm F r ×+=
)(212πCr Lr Fr ×=π21
Gain>1,DCM waveform工作在谐振点的左边，Fsw 次级侧肖特基二极管可以实现 次侧肖特基极管实 Soft commutation,所以次级肖 特基二极管无反向恢复问题。 但造成环路Large current! L g t! Gain<1, CCM waveform工作在谐振点的右边，Fsw>Fr1 对于低压输出的场合，， CCM mode 有利于降低 Current ,降低导通loss .但 在高压输出的应用场合， 大的反向恢复损耗不比节 省的导通损耗小。 稳态工作波形 Series-resonant LLC Half-Bridge Topology and features (Fsw=Fr1)