LLC电路基本原理分析及公式推导(ST)
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contents •LLC谐振电路工作原理•LLC谐振电路参数设计•LLC谐振电路优化与控制•LLC谐振电路应用案例•LLC谐振电路发展与挑战•参考文献目录CHAPTERLLC谐振电路工作原理连续模式断续模式工作模式电路组成工作过程输入变压器将直流电压转换为交流电压，并通过输出变优点030201CHAPTERLLC谐振电路参数设计频率范围频率稳定性操作频率增益LLC谐振电路的增益通常由放大器和反馈网络决定。
在设计时，需要考虑增益的平坦度和稳定性，以确保良好的频率响应和信号质量。
效率高效率是LLC谐振电路的重要性能指标之一。
为了实现高效率，需要考虑功率匹配和电路损耗。
采用有效的匹配网络和低损耗元件可以提高电路的效率。
增益和效率阻抗匹配输入阻抗LLC谐振电路的输入阻抗需要根据放大器的输入阻抗进行匹配。
这可以保证信号的有效传输和防止信号反射。
输出阻抗输出阻抗也需要进行匹配，以确保信号的完整传输和防止信号反射。
这可以通过使用合适的输出网络和元件来实现。
稳定性与可靠性稳定性可靠性CHAPTERLLC谐振电路优化与控制优化方法03功率控制控制方法01电压控制02电流控制参数设计谐振频率占空比负载阻抗CHAPTERLLC谐振电路应用案例案例1：节能荧光灯电子镇流器描述01工作原理02参数设计03描述案例2：开关电源工作原理参数设计描述工作原理参数设计案例3：电磁炉CHAPTERLLC谐振电路发展与挑战发展背景介绍发展历程当前状况虑多个因素，如负载条件、电源电压、电路拓扑等，设计过程较参数设计复杂定性的元件，因此制造成本相对较高，需要优化设计以降低成本。
制造成本高稳定性问题可靠性问题挑战CHAPTER参考文献参考文献参考文献1参考文献2参考文献3WATCHING。
LLC原理(台达公司内部详细培训资料)
LLC 半桥谐振电路中，根据这个谐振电容的不同联结方式，典型LLC 谐振电路有两种连接方式，如下图1所示。
不同之处在于LLC 谐振腔的连接，左图采用单谐振电容（Cr ），其输入电流纹波和电流有效值较高，但布线简单，成本相对较低；右图采用分体谐振电容（C1, C2），其输入电流纹波和电流有效值较低，C1和C2上分别只流过一半的有效值电流，且电容量仅为左图单谐振电容的一半。
图2-1 典型电路Fig.2-1 Tipical Circuit2.2 LLC 半桥谐振电路基本原理LLC 谐振变换的直流特性分为零电压工作区和零电流工作区。
这种变换有两个谐振频率。
一个是Lr 和Cr 的谐振点，另外一个谐振点由Lm, Cr 以及负载条件决定。
负载加重，谐振频率将会升高。
这两个谐振点的计算公式如下： rr r1C L 2π1f =rr mr2)C L (L2π1f +=公式2-1考虑到尽可能提高效率，设计电路时需把工作频率设定在fr1附近。
其中，fr1为Cr,Lr 串联谐振腔的谐振频率。
当输入电压下降时，可以通过降低工作频率获得较大的增益。
通过选择合适的谐振参数，可以让LLC 谐振变换无论是负载变化或是输入电压变化都能工作在零电压工作区。
总体来说LLC 半桥谐振电路的开关动作和半桥电路无异，但是由于谐振腔的加入，LLC 半桥谐振电路中的上下MOSFET 工作情况大不一样，它能实现MOSFET零电压开通。
其工作波形图如下： 图2-2 工作波形示意图Fig.2-2 Operation Waveform上图为理想半桥谐振电路工作波形图；图中，Vgs1和Vgs2分别是Q1、Q2的驱动波形，Ir为谐振电感Lr电感电流波形，Im为变压器漏感Lm电流波形，Id1和Id2分别是次级侧输出整流二级管波形，Ids1则为Q1导通电流。
波形图根据不同工作状态被分成6个阶段，下面具体分析各个状态，LLC谐振电路工作情况： ?T0~ T1: Q1关断、Q2开通；这个时候谐振电感上的电流为负，方向流向Q2。
LLC谐振半桥工作原理(LLC变压器计算公式)
目录引言一、 LLC谐振变换器原理 (2)二、LLC谐振腔之元件设计 (3)三、L6598\L6599芯片资料......................................................................错误！未定义书签。
1、L6599 芯片介绍...............................................................................................错误！未定义书签。
2、芯片与典型方框图 (5)3、PIN脚功能 (5)4、典型电源系统图 (6)5、振荡器 (7)6、工作在轻载或无载时 (8)四、 L6599的工作流程1、L6599供电回路 (8)2、L6599的启动 (9)3、L6599稳压原理 (10)4、L6599的SCP保护及次级OCP保护 (11)附：过流延时保护电路 (12)引言随着开关电源的发展，软开关技术得到了广泛的发展和应用，已研究出了不少高效率的电路拓扑，主要为谐振型的软开关拓扑和PWM型的软开关拓扑。
近几年来，随着半导体器件制造技术的发展，开关管的导通电阻，寄生电容和反向恢复时间越来越小了，这为谐振变换器的发展提供了又一次机遇。
对于谐振变换器来说，如果设计得当，能实现软开关变换，从而使得开关电源具有较高的效率。
LLC谐振变换器实际上来源于不对称半桥电路，后者用调宽型(PWM)控制，而LLC谐振是调频型（PFM）。
一、LLC谐振变换器原理图一、LLC谐振原理图图二、LLC谐振波形图图一和图二分别给出了LLC 谐振变换器的电路图和工作波形。
图一中包括两个功率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。
三电平全桥LLC电路原理详解
三电平全桥LLC电路原理详解三相模块的母线电压可以达到800V，如果（DC）DC仍然采用传统的两电平拓扑，那么DC MOS管必须采用1200V耐压的MOS管。
而目前市场上这样的MOS管型号非常少，而且很贵。
如果采用三电平拓扑，就可以继续采用600V的MOS管了，型号丰富，成本也低。
三电平PWM控制已经得到了成熟应用，但是传统的PWM拓扑整体效率低，所以在三电平的基础上，又采用了LLC拓扑，该拓扑从成本、效率等方面都得到了很好的兼顾。
三电平全桥LLC主电路拓扑电路说明：1、谐振电感和谐振（电容）做成两边平衡的方式，是因为项目组在实验过程中发现如果是单Lr, Cr模式，MOS驱动（信号）容易受干扰，拆成两边对称放置以后，驱动可靠性提高；三电平全桥LLC电路拓扑示意图如图（图五‑3）所示，有8个开关管S1～S8，需要8路驱动信号来完成PFM（调频）、PWM（调宽）控制，S1～S8对应的高精度驱动信号编号为PWM1～PWM8。
注：PWM并不单指控制策略采用PWM方式时的开关信号，也包括PFM方式时的开关信号。
三电平LLC电路拓扑框图在此三电平LLC电路控制中，设计8路驱动信号PWM1～PWM8，从（图五‑4）的发波时序图来看，这8路驱动有下面的关系：1) PWM1和PWM4，PWM2和PWM3，PWM5和PWM8，PWM6和PWM7相位互补（不考虑死区时间Td2和提前关断时间Td1）；2) PWM1比PWM2提前Td1关断，PWM4比PWM3提前Td1关断，PWM5比PWM6提前Td1关断，PWM8比PWM7提前Td1关断；根据控制策略需要，PWM1～PWM8可以实现高精度PFM/PWM/PSM（或者同时实现其中两个状态，如PFM+PWM），在三种控制状态（PFM/PSM/PWM）下PWM1～PWM8在一个开关周期内的输出波形如图（图五‑4）所示，以高电平（或者为低电平）为有效电平，当PWMx（x=1～8）为高时通过相应的（驱动电路）使得Sx 导通，当PWMx为低时通过相应的驱动电路使得Sx断开。
LLC原理分析ppt课件
k LP LS
7
DC/DC 变换vs. K
V oltage G ain G dc V oltage G ain G dc
4
3
Q =0.3
K =1
3
0.5
2
1
1
2
Q =0.3
K =2
2
0.5
1
1
2
4 4
0
0
1
2
N orm alized Frequency f/fs
00
0.5
1
1.5
2
N orm alized Frequency f/fs
5
LLC电路特性
•MOSFETs ZVS 开通. •MOSFET t3和t6时刻关断时，电流远小于负载电流，所以能减小 关断损耗。 •副边二极管零电流关断，几乎没有反向恢复过程。 •LLC电路的开关损耗非常小，故工作频率可以设计的很高。.
6
LLC电路等效模型
CS LS
ir
ip1
iL P
E in
LP
10
直流特性
•工作区域可分为两个: ZCS 和ZVS。 •当开关频率比f1高时，变换器总是工作在ZVS条件下。 •当开关频率比f2低时，变换器总是工作在ZCS条件下。 •当开关频率在f1和f2之间时，负载将决定电路在哪个区域。 •工作在f1和f2之间时，开关损耗低。
11
LLC 电路总结
•在整个负载范围内均可实现ZVS和低的MOSFET关断电流，所以变换 器的开关损耗很小。 •电路在输入电压最高时效率最高。故能够在正常工作条件下优化电路。 •由于没有二次侧滤波电感，故副边二极管的电压应力小。
Eo
R ac
Rac
llc谐振开关电源电路原理
llc谐振开关电源电路原理LLC谐振开关电源电路原理LLC谐振开关电源电路是一种高效、低噪声的电源设计方案，广泛应用于各种电子设备中。
本文将介绍LLC谐振开关电源电路的工作原理及其优势。
一、LLC谐振开关电源电路的基本原理LLC谐振开关电源电路由LLC谐振网络和开关电源组成。
LLC谐振网络由电感L、电容C和电感L2构成，以及谐振电容C1和电感L1。
开关电源由开关管和变压器组成。
在工作过程中，LLC谐振开关电源电路首先通过变压器将输入电压变换为所需的输出电压。
然后，开关管控制开关频率和占空比，将电能传递到输出负载上。
通过LLC谐振网络的谐振作用，实现电能的高效转换和传输。
二、LLC谐振开关电源电路的工作过程LLC谐振开关电源电路的工作过程可分为两个阶段：开关阶段和谐振阶段。
1. 开关阶段：在开关阶段，开关管导通，输入电源将电能传输到变压器的一侧。
同时，电容C1通过电感L1充电。
当开关管关闭时，电容C1通过电感L1和电感L2的共振，将电能传输到输出负载上。
2. 谐振阶段：在谐振阶段，开关管关闭，电感L1和电感L2之间的电能开始谐振。
谐振电压和电流在电感L和电容C的共振作用下，形成高频交流信号。
通过调节电感L和电容C的数值，可以实现输出电压和电流的稳定控制。
三、LLC谐振开关电源电路的优势LLC谐振开关电源电路相比传统的开关电源具有以下优势：1. 高效性：LLC谐振开关电源电路利用谐振网络的特性，实现了高效率的能量转换和传输，显著提高了能源利用率。
2. 低噪声：由于谐振频率高于人耳可听到的范围，LLC谐振开关电源电路工作时产生的噪声较低，有利于提高电子设备的使用体验。
3. 宽输入电压范围：LLC谐振开关电源电路的谐振网络可以适应宽范围的输入电压变化，提供稳定的输出电压，适用于各种电源输入条件。
4. 稳定性好：LLC谐振开关电源电路具有较好的稳定性和抗干扰能力，能够有效应对电网波动和负载变化等外部干扰。
开关电源设计 LLC
已知量
令Q=0
|
G
min
|=
(1 +
k *(x)2 k ) * ( x)2
−1
只有x是未知量
结果
f min =
fr 1+ k(1− 1 )
G2 max
f max =
fr 1+ k(1− 1 )
G min
Q = 0.95Q max =
0.95
*
k+
G2 max
k *G max
G max 2 −1
Ls
ZVS区域2的波形
f<fr 开关频率小于谐振频率 上管开通前电流由S-D流通
ZCS区域的波形
0
f<fr2 开关频率小于谐振频率 上管开通前电流由D-S流通
电流由DS流过Q2 体二极管
LLC的设计方法
已知的条件
1. 输入电压范围 2. 输出电压、电流 3. 确定需要的谐振频率 4. 额定输入、输出满载时电源工作在fr附近
2
*
Irms
_
Max
*
1
2πfrCr
=
420 2
+
IOCP
2πfrCr
实际计算步骤
4.5 输出电容的电流有效值(f=fr,24V输出)
ICo _ Rms = ⎜⎛ πIo ⎟⎞2 − Io2 = π 2 − 8 Io = 2.32 A
⎝2 2⎠
8
实际计算步骤
5. 选择器件和变压器设计 MOSFET: 满足20％裕量,电压500V，电流从发热和Coss考虑(保证
LLC设计步骤
¾LLC的基本原理 ¾LLC的设计方法 ¾LLC的几个问题
LLC的基本原理
LLC谐振电路工作原理及参数
实现方式
通过调整电路元件的参数 或添加阻抗变换器来实现 阻抗匹配。
影响
阻抗匹配可以提高信号传 输效率，减小信号损失和 反射，提高系统的稳定性。
04
LLC谐振电路设计
设计流程
确定目标输出电压和电流
根据应用需求，确定LLC谐振电路的 目标输出电压和电流。
选择合适的磁性元件
根据目标输出电压和电流，选择合适 的变压器和电感器。
当LLC转换器工作在容性工作状态时， 转换器的输入电压低于其输出电压。 此时，转换器的效率较低，输出功率 较小。
03
LLC谐振电路参数
品质因数Q
01
定义
品质因数Q是衡量电感或电容的 储能与耗能之间的比值，用于描 述电路的频率选择性。
02
03
计算公式
影响
$Q = frac{2pi f_0W}{P}$，其中 $f_0$是谐振频率，W是储能，P 是耗能。
根据谐振频率和电感器的值，计算电容器的容量。
确定电阻的阻值
根据输出电压和电流，确定电阻的阻值，以实现电流限制或电压调 节。
仿真与优化
使用仿真软件进行电路仿真
使用仿真软件对LLC谐振电路进行建模和仿真， 以验证设计的正确性和性能。
优化电路参数
根据仿真结果，优化电路参数，以提高效率、 减小体积或降低成本。
LLC谐振电路工作原理及 参数
• LLC谐振电路概述 • LLC谐振电路工作原理 • LLC谐振电路参数 • LLC谐振电路设计 • LLC谐振电路性能测试 • LLC谐振电路实际应用案例
01
LLC谐振电路概述
定义与特点
定义
LLC谐振电路是一种电子电路，由 电感、电容和电抗元件组成，通 过调整元件参数，使电路在特定 频率下产生谐振。
全桥llc工作原理
全桥llc工作原理一、概述：全桥LLC电路中的LLC，即谐振电路。
该电路是一种三电平电路，可以将电源电压进行升压或降压，并且具有高效率和低损耗的特点，因此在高功率的开关电源中得到广泛应用。
在全桥LLC电路中，主要包括LLC谐振电路、功率MOS管的开关控制、输出反馈控制等部分，这些组成部分共同协作，实现对电源电压的有效控制。
下面将对全桥LLC工作原理进行详细介绍。
二、全桥LLC电路分析及工作原理1.全桥LLC电路结构在全桥LLC电路中，V1和V2是两个主开关管，它们通过一个谐振电路与变压器T1相连。
电感L1、电容C1和电容C2串联组成了谐振回路，器件Q1和Q2则构成了一个整流电路。
在全桥LLC电路中，当主开关管V1和V2交替开关时，谐振回路就可以产生一个高频的平滑波形，这个平滑波形会通过变压器T1传递到输出端口。
变压器T1起到的是变换电压的作用。
当开关管V1和V2交替开关时，输入端的电压就会在谐振电路中进行变换，变换后的电压通过变压器放大后输出到输出端口，实现了对输出端口的控制。
在全桥LLC电路中，由于谐振回路的存在，可以使电压上升或下降，电流也会在谐振电路中产生一个峰值。
为了保证输出端口的控制，需要在输出端接上一个反馈电路，将输出电压与参考电压进行比较，从而调节变压器输出电压。
在全桥LLC电路中，采用了输出反馈控制。
当输出电压高于参考电压时，反馈电路会调节谐振电路的频率，降低输出电压；当输出电压低于参考电压时，反馈电路会调节谐振电路的频率，提高输出电压。
这样可以有效的保证输出电压的稳定性和精度。
总之，全桥LLC电路的工作原理就是通过谐振回路产生高频平滑波形，实现对输入电压的升压或降压，并通过输出反馈电路进行控制，保证输出电压的稳定和精度。
llc变压器设计公式推导
llc变压器设计公式推导我们需要了解LLC变压器的基本原理。
LLC变压器是一种谐振变换器，由电感L、电容C和谐振电容Cres组成。
通过控制开关管的开关信号，使得LLC变压器在工作过程中能够实现能量的存储和传递。
在LLC变压器的设计中，需要确定电感L、电容C和谐振电容Cres 的数值。
接下来，我们将逐步推导LLC变压器的设计公式。
我们可以根据LLC变压器的工作原理，得到其电感L和谐振电容Cres的关系。
根据谐振电路的共振频率公式，我们可以得到：f = 1 / (2 * π * sqrt(L * Cres))其中，f为谐振频率，L为电感的数值，Cres为谐振电容的数值。
接下来，我们可以根据LLC变压器的工作原理，得到其谐振电容Cres和电容C的关系。
根据电容的串联关系，我们可以得到：1 / Cres = 1 / C + 1 / Cm其中，C为电容的数值，Cm为谐振电容的数值。
将以上两个公式结合起来，我们可以得到LLC变压器的设计公式：f = 1 / (2 * π * sqrt(L * (1 / C + 1 / Cm)))通过这个公式，我们可以根据所需的谐振频率f，计算出电感L、电容C和谐振电容Cres的数值。
在实际设计中，我们可以根据系统的要求和约束条件，选择合适的数值。
除了以上的基本设计公式，LLC变压器的设计还需要考虑其他因素，如功率因数、效率和损耗等。
在实际设计中，我们需要综合考虑这些因素，并进行必要的优化。
总结起来，LLC变压器设计公式的推导是基于其基本工作原理和电路特性的。
通过以上的推导，我们可以根据所需的谐振频率，计算出电感L、电容C和谐振电容Cres的数值。
在实际设计中，我们还需要考虑其他因素，并进行必要的优化。
LLC变压器作为一种高效率、高功率密度的变压器，其设计公式的推导对于实际应用具有重要的指导意义。
LLC谐振电路工作原理及参数设计
(Phase 1/6)
Q1 ON Q2 OFF
Q1 OFF Q2 ON
Q1 Coss1
Vin
Cr Ls
n:1:1 D1 Cout
Coss2 Lm
Q2
Vout
D2
设定初始条件为:谐振回路中电流到零 (在Q2导通时间内) 此时间内Q1 OFF,Q2 ON,D2 ON 变压器向副边传递能量 因fs=fr1,此阶段结束时刻，谐振电流 与激磁电流刚好相等 变压器副边无电流，二极管D2零电流 关断，实现ZCS Q2也关断
0L
R
1 0C
R
L /C R
Powering the Future
谐振电路简介
串联谐振特性
1）阻抗最小：Z0=R 2) u-i = 0 3) cos =1 4) 电流达到最大值：
Im=U/R 5) L、C端出现过电压:
UL=UC=QU 6) 相量图
Powering the Future
•
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。
Powering the Future
LLC电路拓朴原理
+ Q1
D1
Vin
A
-
Q2 D2
Cr Lr
D R1
**
Lm n p
ns
*
Cf
ns
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。
Powering the Future
LLC电路拓朴原理
LLC的工作原理
LLC半桥谐振电路的基本原理LLC谐振变换的直流特性为为零电压工作区和零电流工作区。
这种变换有两个谐振频率。
一个是Lr和Cr的谐振点，另个一个谐振点由LM,CR以及负载条件决定。
负载加重，谐振频率将会下降。
这两个谐振点的计算公式如下：考虑到尽可能提搞效率，设计电路时需把工作频率设定在FR1附件。
其中，FR1为CR,LR串联谐振腔的谐振频率。
当输入电压下降时，可以通过降低工作频率来获得较大的增益。
通过选择合适的谐振参数，可以让LLC谐振变换无论是负载变化或是输入电压变化都能工作在零电压的工作区内。
总体来说LLC半桥谐振电路的开关动作和半桥电路无异，但是由于谐振腔的加入，LLC半桥谐振电路中的上下MOS工作情况大不一样，它能实现MOS零电压开通。
其工作波形图如下：上图为理想半桥谐振电路工作波形图，图中，VGS1,VGS2分别是Q1,Q2的驱动波表，IR为谐振电感 LR电感电流波形，IM为变压器的励磁电感LM的电流波形，ID1和ID2分别是次级侧的输出整流二极管波形，IDS1则为Q1导通电流。
IDS2则为Q2导通电流.波形图根据不同工作状态被分成6个阶段，下面具体分析各个状态，LLC谐振电路工作情况：TO-T1: Q1 关断、Q2开通；这个时候谐振电感上的电流为负，方向流向Q2.在此阶段，变压器主电感不参与谐振，CR，LR组成谐振频率，输出能量来自于CR 和LR.这个阶段随着Q2关断而结束。
上图3为LLC半桥谐振电路在T0-T1工作阶段各个元器件工作状态。
T1-T2: Q1关断、Q2关断；此时为半桥电路死区时间，谐振电感上的电流仍为负，谐振电流对Q1的输出电容（COSS1)进行放电，并且对Q2的输出电容（COSS2)进行充电，直到Q2的输出电容的电压等于输入电压（VIN),为Q1下次导通创造零电压开通的条件。
由于Q1体内二极管此时处于正向偏置，而Q2的体内二极管处于反向偏置，两个电感上的电流相等。
输出电压比变压器二次侧电压高，D1\D2处于反向偏置状态，所以输出端与变压器脱离。
LLC工作原理分析
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。
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。
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。
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。
llc谐振电路的工作原理
llc谐振电路的工作原理
LLC谐振电路是一种能够将输入电能高效转化为输出电能的
电路。
其工作原理如下：
1. 概述：LLC谐振电路由一个能量存储元件（如电感L）和一个能够进行能量传递的谐振电容C组成。
它的工作频率通常
设置在输入电源频率的10倍左右，以实现高效转换。
2. 电荷过程：在电源交流电压的推动下，电流通过输入电感L。
在每个输入电压半周期开始时，电容C通过电感L开始充电。
当电容C充电电压达到电源峰值电压时，电流开始从电容C
流出，并通过弹性元件（如电感L、电容C的等效电感等）形成谐振。
3. 能量传递：在谐振过程中，电容C的电流会通过电感L较
长的时间流动，而电感L则会将较高电容电压逆变到输出端。
这种电流和电压的正反馈作用使得能量有效地传递到输出端。
4. 输出调节：为了实现输出电压的调节，LLC谐振电路通常
还配备了反馈控制电路，通过调节谐振电路的工作频率或占空比来实现输出电压的稳定调节。
总之，LLC谐振电路通过谐振的方式有效地将输入电能转化
为输出电能，通过合理设计电感、电容和谐振频率等参数，可以实现高效、稳定的功率转换。
llc电路工作原理
llc电路工作原理
LLC电路工作原理
LLC电路是一种常见的谐振式电路，由电感（L）- 电容（C）- 电感（L）的串联组成。
LLC电路被广泛应用于电源和电能
转换器，能够实现高效率和高稳定性的能量转换。
LLC电路的工作原理如下：
1. 断路状态：当输入电压施加到LLC电路上时，最初处于断
路状态。
此时，开关管断开，电感L1储存着一部分电能。
2. 开关管导通：在LLC电路的控制下，开关管导通，使得电
感L1上的电流快速上升。
同时，电容C和电感L2相连接，
形成并联谐振回路。
在此过程中，电感L1和电感L2上储存
的电能开始传递到电容C。
3. 能量转移阶段：当电压上升到一定程度时，开关管断开。
由于电容C的存在，电感L1和电感L2上的储存电能开始通过
电容C进行转移。
此时，电容C的电压达到峰值。
4. 总结电流产生：当开关管再次导通时，由于电压已经降到较低的水平，电感L1和电感L2上的电能被转移到电容C，并
形成反向电压。
这导致电容C上产生总结电流。
5. 能量释放阶段：总结电流开始流向负载，为负载提供所需的能量。
与此同时，电感L1和电感L2上的电流开始减小，直
到再次达到开关管导通的门限值。
通过不断循环以上步骤，LLC电路能够实现高效的能量转换和稳定的输出。
其谐振特性可以使开关管工作在零电压或零电流开关状态，降低开关管损耗，并实现高效率的能量转换。
同时，LLC电路还具有较低的电磁干扰和噪声特性，使其在工业和电子设备中得到广泛应用。
LLC工作原理分析PPT课件
fs=fR1时工作波形
当fs=fR1时LLC工作在完全谐振状态
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s>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。
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
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电路基本原理分析及公式推导ST
ZCS !
V(D1)<0
I(D1)=0
Output current
Gate-drive signals
HB mid-point Voltage
I(Ls+Lp) charges COSS1 and discharges COSS2, until V(COSS2)=0; Q2’s body diode starts conducting
I(D1) is exactly zero at Q1 switch off
Phase ends when Q2 is switched on
Cr Ls
Vin
n:1:1 D1
Cout
Coss2 Lp
Q2
Vout
D2
Q1 is ON, Q2 is OFF
D1 is ON, D2 is OFF; V(D2)=-2·Vout
Lp is dynamically shorted: V(Lp) = n·Vout.
Cr resonates with Ls, fr1 appears I(Ls) flows through Q1’s RDS(on) from Vin to ground
Simplified Analysis and Design of Seriesresonant LLC Half-bridge Converters
LLC工作原理分析
2021/7/1
7
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
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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。
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
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。
2021/t7/14时刻，Q2导通，开始另一半周的工
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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
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
小到励磁电流。在谐振电流减小到励磁电流前，变压器副
很完整的LLC原理讲解
很完整的LLC原理讲解来源：ittbank与传统PWM（脉宽调节）变换器不同，LLC是一种通过控制开关频率（频率调节）来实现输出电压恒定的谐振电路。
它的优点是：实现原边两个主MOS开关的零电压开通(ZVS)和副边整流二极管的零电流关断(ZCS)，通过软开关技术，可以降低电源的开关损耗，提高功率变换器的效率和功率密度。
学习并理解LLC，我们必须首先弄清楚以下两个基本问题：1.什么是软开关；2.LLC电路是如何实现软开关的。
由于普通的拓扑电路的开关管是硬开关的，在导通和关断时MOS 管的Vds电压和电流会产生交叠，电压与电流交叠的区域即MOS管的导通损耗和关断损耗。
如图所示：为了降低开关管的开关损耗，提高电源的效率，有零电压开关(ZVS) 和零电流开关（ZCS)两种软开关办法。
1零电压开关 (ZVS)开关管的电压在导通前降到零，在关断时保持为零。
2零电流开关（ZCS)使开关管的电流在导通时保持在零，在关断前使电流降到零。
由于开关损耗与流过开关管的电流和开关管上的电压的成绩（V*I）有关，当采用零电压ZVS导通时，开关管上的电压几乎为零，所以导通损耗非常低。
►Vin为直流母线电压，S1，S2为主开关MOS管（其中Sc1和Sc2分别为MOS管S1和S2的结电容，并联在Vds上的二极管分别为MOS管S1和S2的体二极管），一起受控产生方波电压；►谐振电容Cr 、谐振电杆Lr 、励磁电杆Lm一起构成谐振网络；►np，ns为理想变压器原副边线圈；►二极管D1, 二极管D2，输出电容Co一起构成输出整流滤波网络。
那么LLC电路是怎么实现软开关的呢？要实现零电压开关，开关管的电流必须滞后于电压，使谐振槽路工作在感性状态。
LLC 开关管在导通前，电流先从开关MOS管的体二极管（S到D）内流过，开关MOS管D-S之间电压被箝位在接近0V（二极管压降），此时让开关MOS管导通，可以实现零电压导通；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（实际也为硬关断）。
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LLC Resonant Half-bridge Operating Sequence at resonance (Phase 5/6)
5/6
Q1 OFF Q2 ON Q1 ON Q2 OFF Q1 OFF Q2 ON Q1 Coss1 Cr Ls n:1:1 D1 Cout
Simplified Analysis and Design of Seriesresonant LLC Half-bridge Converters
MLD GROUP
INDUSTRIAL & POWER CONVERSION DIVISION
Off-line SMPS BU Application Lab
I&PC Div. - Off-line SMPS Appl. Lab
Presentation Outline • LLC series-resonant Half-bridge: operation and significant waveforms • Simplified model (FHA approach) • 300W design example
I&PC Div. - Off-line SMPS Appl. Lab
LLC Resonant Half-bridge Operating Sequence at resonance (Phase 4/6)
4/6
Q1 OFF Q2 ON Q1 ON Q2 OFF Q1 OFF Q2 ON Q1 Coss1 Cr Ls n:1:1 D1 Cout
I&PC Div. - Off-line SMPS Appl. Lab
LLC Resonant Half-bridge Operating Sequence at resonance (Phase 2/6)
2/6
Q1 OFF Q2 ON Q1 ON Q2 OFF Q1 OFF Q2 ON Q1 Coss1 Cr Ls n:1:1 D1 Cout
Cr
Ls
Vin
Q2
Lp
Vout
LLC tank circuit
Preferably integrated into a single magnetic structure
Vout
3 reactive elements, 2 resonant frequencies
fr1 1 2⋅ π⋅ Ls⋅ Cr 1 2⋅ π⋅ ( Ls + Lp) ⋅ Cr
Dead-time
Gate-drive signals
ZVS !
HB mid-point Voltage Resonant cap voltage Tank circuit current >0 Transformer currents
Magnetizing current V(D1)<0
Diode voltages I(D1)=0
Vin
Coss2 Lp Q2 D2
Vout
Q1 is OFF, Q2 is ON D1 is OFF, D2 is ON; V(D1)=-2·Vout Lp is dynamically shorted: V(Lp) =-n·Vout. Cr resonates with Ls, fr1 appears Output energy comes from Cr and Ls Phase ends when Q2 is switched off
ZCS !
Diode currents
I&PC Div. - Off-line SMPS Appl. Lab
LLC Resonant Half-bridge Operating Sequence at resonance (Phase 1/6)
1/6
Q1 OFF Q2 ON Q1 ON Q2 OFF Q1 OFF Q2 ON Q1 Coss1 Cr Ls n:1:1 D1 Cout
Single-ended output with bridge rectifiication (high voltage and low current)
f r1 > f r2
Multi-resonant LLC tank circuit Variable frequency control Fixed 50% duty cycle for Q1 & Q2 Dead-time between LG and HG to allow MOSFET’s ZVS @ turn-on fsw ≈ fr, sinusoidal waveforms: low turn-off losses, low EMI Equal voltage & current stress for secondary rectifiers; ZCS, then no recovery losses No output choke; cost saving Integrated magnetics: both L’s can be realized with the transformer. High efficiency: >96% achievable
Vin
Coss2 Lp Q2 D2
Vout
Q1 is ON, Q2 is OFF D1 is ON, D2 is OFF; V(D2)=-2·Vout Lp is dynamically shorted: V(Lp) = n·Vout. Cr resonates with Ls, fr1 appears I(Ls) flows through Q1’s RDS(on) back to Vin (Q1 is working in the 3rd quadrant) Phase ends when I(Ls)=0
Vin
Coss2 Lp Q2 D2
Vout
Q1 is ON, Q2 is OFF D1 is ON, D2 is OFF; V(D2)=-2·Vout Lp is dynamically shorted: V(Lp) = n·Vout. Cr resonates with Ls, fr1 appears I(Ls) flows through Q1’s RDS(on) from Vin to ground Energy is taken from Vin and goes to Vout Phase ends when Q1 is switched off
I&PC Div. - Off-line SMPS Appl. Lab
LLC Resonant Half-bridge Switching details above resonance (fsw > fr1)
Dead-time
Gate-drive signals
ZVS !
HB mid-point Voltage Resonant cap voltage Tank circuit current >0 Slope ~ -(Vc-n·Vout)/Ls Magnetizing current Transformer currents V(D1)<0 Diode voltages
I&PC Div. - Off-line SMPS Appl. Lab
LLC Resonant Half-bridge Waveforms above resonance (fsw > fr1)
Dead-time
Gate-drive signals
HB mid-point Voltage Resonant cap voltage Tank circuit current Magnetizing current is triangular Transformer currents Sinusoid @ f=fr1 ~ Linear portion Diode voltages CCM operation Output current Diode currents
Vin
Coss2 Lp Q2 D2
Vout
Q1 and Q2 are OFF (dead-time) D1 and D2 are OFF; V(D1)=VD(2)=0; transformer’s secondary is open I(Ls+Lp) charges COSS1 and discharges COSS2, until V(COSS2)=0; Q2’s body diode starts conducting I(D1) is exactly zero at Q1 switch off Phase ends when Q2 is switched on
I&PC Div. - Off-line SMPS Appl. Lab
LLC Resonant Half-bridge Operating Sequence at resonance (Phase 3/6)
3/6
Q1 OFF Q2 ON 1 Cr Ls n:1:1 D1 Cout
Vin
Coss2 Lp Q2 D2
Vout
Q1 is OFF, Q2 is ON D1 is OFF, D2 is ON Lp is dynamically shorted: V(Lp) =-n·Vout. Cr resonates with Ls, fr1 appears I(Ls) flows through Q2’s RDS(on) (Q2 is working in the 3rd quadrant) Output energy comes from Cr and Ls Phase ends when I(Ls)=0, Phase 1 starts