谐振变换器的拓扑形式
准谐振反激式拓扑、LLC谐振转换器拓扑
准谐振和谐振转换-两种提高电源效率的技术全球对能源成本上涨、环保和能源可持续性的关注正在推动欧盟、美国加州等地的相关机构相继推出降低电子设备能耗的规范。
交流输入电源，不论是独立式的还是集成在电子设备中的，都会造成一定的能源浪费。
首先，电源的效率不可能是100% 的，部分能量在电源大负载工作时被浪费掉。
其次，当负载未被使用时，连接交流线的电源会以待机功耗的形式消耗能量。
近年来，对电源效率等级的要求日趋严格。
最近，80% 以上的效率已成为了基本标准。
新倡议的能效标准更是要求效率达到87%及以上。
此外，只在满负载下测量效率的老办法已被淘汰。
目前的新标准涉及了额定负载的25%、50%、75% 和 100% 这四个点的四点平均水平。
同样地，最大允许待机功耗也越来越受到限制，欧盟提议所有设备的待机功耗均应低于500mW，对于我们将讨论的电视机，则小于200mW。
除专家级的高效率电源设计领域之外，电子设备中所用的功率范围从1W 到 500W的交流输入电源，一直以来主要采用两种拓扑：标准 (或硬开关) 反激式 (flyback) 拓扑，和双开关正激拓扑。
这两种拓扑都很易于理解，而它们存在的问题，以及如何予以避免，业界都已有充分的认识。
不过，随着对效率的要求不断提高，这两种拓扑将逐渐为三种新的拓扑所取代：准谐振反激式拓扑、LLC谐振转换器拓扑和不对称半桥拓扑。
准谐振反激式拓扑已被成功用于最低功率级到200W以上的范围。
在70W-100W范围，LLC谐振转换器比准谐振反激式拓扑更有效。
而在这两个功率级之上，不对称半桥转换器也很有效。
工作原理准谐振和谐振拓扑都能够降低电路中的导通开关损耗。
图1对比了连续传导模式 (CCM) 反激式、准谐振反激式和 LLC 谐振转换器的导通开关波形。
所有情况下的开关损耗都由下式表示：这里，PTurnOnLoss 为开关损耗；ID 为漏极电流；VDS 是开关上的电压；COSSeff 是等效输出电容值(包括杂散电容效应)；tON 是导通时间，而fSW 是开关频率。
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。
了解电力电子技术中的谐振变换器电路拓扑
了解电力电子技术中的谐振变换器电路拓扑谐振变换器电路拓扑是电力电子技术中常见的一种电路结构，其通过谐振实现能量的高效转换和控制。
本文将就谐振变换器的基本原理、不同类型的谐振变换器及其特点进行介绍和分析。
第一部分：谐振变换器的基本原理谐振变换器是一种能量转换电路，其基本原理是在电路中引入谐振元件（如电感和电容），通过合理的谐振频率使能量在不同电路元件之间进行转移和控制。
谐振变换器的基本原理可以用以下几个关键要点来概括：1. 谐振频率：谐振变换器的谐振频率是实现能量高效转换的关键。
在设计谐振变换器时，需要合理选择电路元件的数值以确保电路能够在所需的频率范围内谐振。
2. 谐振元件：谐振元件是谐振变换器中的核心元件，通常包括电感和电容。
它们通过谐振的方式控制能量的转移和传递，从而实现高效的能量转换。
3. 控制方式：谐振变换器的控制方式可以分为开关控制和调制控制两种。
开关控制通过控制开关元件（如MOSFET）的开关状态来调节能量的转移和传输；调制控制则是通过改变谐振频率或者改变开关周期来实现能量的控制。
第二部分：谐振变换器的主要类型及其特点1. 单端拓扑谐振变换器单端拓扑谐振变换器常见的有LLC谐振变换器和LCC谐振变换器。
LLC谐振变换器是一种常用的谐振变换器，具有输出电流平滑、转换效率高等特点；LCC谐振变换器则适用于功率较大的应用场景，具有较高的功率密度和较小的开关失真等特点。
2. 双端拓扑谐振变换器双端拓扑谐振变换器在应用中也非常广泛，常见的有LLC谐振变换器、LLCC谐振变换器和LLCL谐振变换器。
LLC谐振变换器在电力电子领域被广泛使用，具有功率密度高、体积小、转换效率高等优点；LLCC谐振变换器在高压应用中具有优秀的性能；LLCL谐振变换器则适用于高频应用，具有较高的输出精度和转换效率。
3. 其他谐振变换器除了上述单端和双端谐振变换器外，还存在一些其他类型的谐振变换器，如ZVS谐振变换器和HZVS谐振变换器。
半桥LLC谐振变换器介绍
半桥LLC谐振变换器介绍半桥LLC谐振变换器由一个半桥拓扑架构和一个LLC谐振网络组成。
半桥拓扑意味着变换器的输入端上有两个开关，一个用于连接正极电源，另一个用于连接负极电源。
这种拓扑结构使得半桥LLC谐振变换器能够实现双向电能传输，即可以将电能从正极电源转移到负极电源，也可以将电能从负极电源转移到正极电源。
LLC谐振网络是变换器的核心部分，由一个电感、两个电容和一个开关组成。
谐振网络是为了减小开关器件的开关损耗而设计的，通过合理选择电感和电容的参数，使得串联谐振电路在工作过程中能够保持恒定的频率，从而降低了功率转换过程中的功率损耗。
半桥LLC谐振变换器具有许多优点，使其成为电力电子领域中常用的变换器之一、首先，它具有高效率。
由于谐振网络的存在，半桥LLC谐振变换器在工作过程中能够实现零电压开关，即在开关器件切换时，电流为零，从而减小了开关损耗。
其次，它具有高频率。
谐振网络的设计使得变换器能够在高频率下工作，从而减小了磁性元件的体积和重量。
此外，半桥LLC谐振变换器还具有高功率密度的特点，能够在小尺寸的空间内实现高功率的转换。
半桥LLC谐振变换器在实际应用中具有广泛的用途。
它可以应用于电力电子系统中的各种场景，如电动汽车充电器、太阳能逆变器和数据中心的电源供应等。
同时，由于其高效率、高频率和高功率密度的特点，半桥LLC谐振变换器也成为了新能源领域、工业自动化领域和通信领域中的研究热点。
总之，半桥LLC谐振变换器是一种高效率、高频率和高功率密度的电力电子变换器。
它由半桥拓扑架构和LLC谐振网络组成，能够实现双向电能传输。
在实际应用中，半桥LLC谐振变换器具有广泛的用途，被广泛应用于各种电力电子系统中。
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
谐振变换器的拓扑形式
由于谐振变换器是将能量输入到谐振回路里，然后部分或全部输出至负载，所以我们可以通过两种 方式来实现，如图 9A 所示：如果负载是像图 9A 所示串联在谐振回路单元里的，我们称其为串联谐振 变换器，工作模式类似于一个高阻电流源输出。
并联负载的工作模式刚好相反，如图 9B 所示，类似于一个低阻电压源输出。两种模式都很常用， 串联负载型通常用在高压输出的情况，并联负载型通常用在低压输出的情况。
图 15 开关技术比较
图 15 开关技术比较
半循环以及全循环工作
准谐振电路里，能量传输的起止点取决于负载的需要，全循环或半循环在于每个周期内电流是 只从源流向负载，还是将剩余能量返回到输入，图 16 所示的波形反映了由串联或并联在开关管上
的二极管控制的谐振电路， 两种形式都能够有效的实现 功率转换，但是特性却有着 明显区别。
的能量返回源，开关频率与负载无关。
谐振变换器的工作
定义了多种谐振拓扑的分类后，我们来详细讨论其中的一个电路，如图 17 所示：电路是单端 BUCK，并联负载模式，半循环，零电流开关的准谐振变换器。随后我们将分析它与其他拓扑形式 的区别。
像所有的开关调整器一样，一个谐振变换器需要一个输出滤波器去平滑输出纹波，这个输出滤 波器的截至频率必须低于 1/5 的最小开关频率，所以，我们假设开关频率下滤波电感上的电流恒定， 滤波电容上的电压恒定。图 17 的右图所示波形将工作过程分为四个阶段，每个过程的对应动态波 形见图 17 左图。
的一种，哪一种形式才 是最好的，这决定于输出 负载的寄生电感和开关器 件的电容对电路的影响， 哪一个比较大，零电压开 关主要适用于工作频率很 高、开关器件的节电容迅 速充放电从而引起很大损 耗的环境。两种电路的特 性对比见图 15。工作在正 弦波的零电压开关形式， 将带来较大的峰值电压。 尽管它会在轻载时失控， 但短路时却不受影响。
谐振开关变换器电路拓扑及其稳态特性
第三章 谐振开关变换器电路拓扑及其稳态特性提高开关频率可以使开关变换器（特别是变压器、电感等磁元件及电容）的体积、重量大为减小，从而提高开关变换器的功率密度（单位体积的输出功率），此外，提高开关变换器的开关频率还有利于降低开关变换器的的音频噪声和改善其动态响应速度。
因此，开关变换器开关频率的不断提高，是开关变换器的重要发展方向。
在开关变换器的开关功率管的开关过程中，存在电压和电流波形的交迭，从而产生较大的与开关频率成正比的开关损耗；此外，电流和电压尖峰带来的电磁干扰可能影响变换器的供电系统或负载的正常工作。
为了提高开关电源效率，降低电磁干扰水平，有必要研究消除开关功率器件开关过程中电压/电流波形交迭的技术，即高频软开关技术。
高频软开关技术是利用谐振原理，使开关变换器中的开关器件的电流（或电压）按正弦或准正弦规律变化，当开关电流自然过零时，使开关关断，实现零电流开关（Zero Current Switching，ZCS）；或开关管电压为零时，使开关开通，零电压开关（Zero V oltage Switching，ZVS），从而降低开关过程的开关损耗。
软开关技术可以很容易地实现高频开关变换器的高效功率变换。
软开关技术可分为三大类：谐振变换器(包括串联、并联谐振、准谐振和多谐振)，有源钳位ZVS变换器，以及PWM软开关变换器。
3.1 串联谐振、并联谐振和串并联谐振变换器串联谐振、并联谐振和串并联谐振变换器是最早出现的软开关变换器。
根据谐振开关变换器中谐振环节的不同，谐振变换器可以分为串联谐振、并联谐振和串并联谐振变换器。
将谐振环节加入到常规PWM变换器中，我们可以得到对应的谐振变换器电路。
串联谐振电路中谐振电感L r和谐振电容C r与输出变压器一次绕组和全桥开关的输出端串联，如图3-1(a)所示为串联谐振全桥变换器；并联谐振电路中L r和C r串联后与全桥开关的输出端相连，谐振电容C r和输出变压器一次绕组并联，如图3-1(b)所示为并联谐振全桥变换器；将串联谐振支路和并联谐振支路组合，可以得到两个以上谐振元件或多元件串并联谐振的全桥变换器，如图3-1(c)所示为串并联谐振全桥变换器。
三相llc拓扑结构
三相llc拓扑结构
三相LLC拓扑结构是一种高效电源模块中的常见结构，其全称为三相全桥LLC谐振变换器。
以下是对三相LLC拓扑结构的详细解释：
1.基本工作原理：三相LLC拓扑结构基于全桥逆变电路，输出一定频率的方波电压。
在LLC或LC谐振回路中，产生滞后于基波电压的基波电流。
当功率器件开通时，电流流过其反并联二极管，将功率器件两端电压钳位为零，实现零电压开通，进而实现DC-DC变换器的软开关。
2.主要波形：在稳态运行中，LLC谐振变换器主要工作波形包括相应功率器件的驱动信号、谐振电感电流、励磁电感电流以及变压器副边流过整流二极管的电流。
在功率器件的驱动信号间设置死区，如t0t1、t3t4、t6t7之间等。
在死区时间内，电流流过即将开通的功率器件的反并联二极管，实现了零电压开通。
3.变压器激磁电感连接方式：三相LLC拓扑结构的变压器激磁电感分两种方式连接，一种是三角形连接，一种是星形连接。
然而，大部分厂家变压器的原副边均采用星形连接方式，原副边的中点不引出。
4.优势：三相LLC拓扑结构具有大幅度降低LLC输出电流纹波的优势，可以减少输出侧滤波电容，从而减少系统体积。
此外，它还可以扩大单相LLC变换器的输出功率容量，相
比直接并联，三相交错后相间易于均流。
在轻负载时，三相LLC拓扑结构还可以以两相全桥模式工作。
请注意，不同应用场景的三相LLC拓扑结构可能会有不同的特点和功能需求。
因此，在具体应用中，应结合实际情况进行选择和设计。
LLC谐振变换器的设计要素
LLC谐振变换器的设计要素1.变换器的拓扑结构：LLC谐振变换器由电感（L）、电容（C）和电流驱动器（D）组成。
在设计过程中需要选择合适的元器件，并确定它们的布局和连接方式。
2.谐振频率：谐振频率是LLC谐振变换器的一个重要参数，它决定了变换器的输出特性和性能。
在设计过程中需要选择合适的电感和电容，以使得变换器在所需的谐振频率下运行。
3.功率转换效率：功率转换效率是衡量LLC谐振变换器性能的重要指标，设计过程中需要考虑如何提高功率转换效率。
例如，可以通过选择合适的开关频率和谐振频率，以及优化电路元件和控制算法来实现。
4.输入和输出电压：LLC谐振变换器能够实现从输入电压到输出电压的转换，设计过程中需要确定所需的输入和输出电压，并选择合适的电路元件和控制策略来实现所需的电压转换。
5.控制策略：LLC谐振变换器的控制策略对其性能和稳定性有重要影响。
在设计过程中需要选择合适的控制策略，例如经典的固定频率脉宽调制控制（PWM）或基于频率调制的控制（FM）。
6.电路保护：在设计LLC谐振变换器时，还需要考虑电路保护措施，以防止可能的故障或异常情况对电路元件和系统的损害。
例如，可以通过使用过流保护、过温保护和电压保护等措施来增强电路的可靠性和安全性。
7.噪声和EMI：LLC谐振变换器在工作过程中会产生噪声和电磁干扰（EMI），这可能对其他电子设备造成干扰并影响系统性能。
在设计过程中需要采取适当的措施来减少噪声和EMI，例如使用滤波器和屏蔽材料等。
8.温度管理：高功率LLC谐振变换器会产生大量热量，因此在设计过程中需要考虑温度管理措施，以防止温度过高对电路元件和系统性能造成损害。
这可以通过使用散热器、风扇和热管等散热措施来实现。
综上所述，LLC谐振变换器的设计要素包括变换器拓扑结构、谐振频率、功率转换效率、输入和输出电压、控制策略、电路保护、噪声和EMI、温度管理等。
通过合理选择元器件、优化电路布局和控制算法，可以实现高效率、稳定运行和安全可靠的LLC谐振变换器设计。
LLC谐振变流器拓扑
一种具有自限流功能的LLC谐振变流器拓扑一、引言在发电厂和变电站中，供给二次回路的直流电源称为电力操作电源。
电力操作电源主要用于向控制、保护、信号、自动装置回路以及操动机械和调节机械的传动机构供电，同时还作为独立的事故照明电源。
目前发电厂和变电站普遍应用的操作电源是硅整流型操作电源（又称相控式操作电源），它采用硅整流型充电装置对蓄电池充电，由蓄电池向二次回路提供不间断的直流电源。
但这种电源存在许多缺陷，如充电装置效率差、稳压稳流精度低、纹波大、电池保持容量低、寿命短等。
随着电力电子技术的发展，传统的硅整流型电源正在逐渐被高频开关电源取代。
高频开关电源具有体积小、重量轻、效率高、电气性能好等许多优点。
此外，由于高频开关电源采用模块化结构和n+1备份方式，使电源装置的可靠性得到大大提高。
在高频开关电源的拓扑选择上，近年来，LLC谐振变流器的拓扑受到越来越多的关注。
LLC谐振变流器的拓扑本身具有一些优越的性能，例如可以实现原边开关管在全负载下的零电压软开关（ZVS），副边整流二极管电压应力低，因此高输出电压应用情况下可以实现较高的效率等。
这些优点使得LLC谐振变流器特别适合高输出电压的应用场合，如电力操作电源等。
但是LLC谐振变流器的拓扑在应用中还存在一些实际问题，其中一个主要问题是当出现电路启动、负载过流或短路情况时如何限制电路中的电流以防止电路损坏。
针对这个问题，已有若干种解决方案，如直接屏蔽控制芯片驱动信号、直接升频控制、升频控制结合脉宽调制（PWM）控制和加钳位二极管的变结构LLC拓扑等。
但以上方法都存在各自的缺点，如直接升频控制会导致开关频率过高、开关关断损耗增大；升频控制结合PWM会导致开关管失去软开关条件；加钳位二极管的变结构LLC拓扑的限流阀值受输入电压影响较大，在高端输入电压下限流效果差。
为此，本文提出一种新型的具有自限流的LLC谐振变流器拓扑。
二、理论分析如图1所示，本文提出的LLC拓扑电路主要结构与传统的LLC谐振变流器相同，只增加了一个小功率变压器T2以及2个二极管D3和D4。
双向CLLLC_谐振变换器设计
随着科学技术发展，能源问题成为讨论的焦点，为了节约不可再生能源，响应“碳达峰”和“碳中和”战略决策，业内逐渐使用新能源代替不可再生能源，从而减少碳排放量[1-2]。
大功率隔离型双向DC-DC 变换器可以实现直流电能变换的功能，具有高效率、高功率密度等优点，广泛应用于电动汽车、可再生能源发电等领域[3]。
双向DC/DC 拓扑分为隔离型和非隔离型，非隔离型拓扑包括Buck-Boost 变换器、Sepic-Zeta 变换器等，以上变换器一般应用于小功率场合，难以实现软开关，会影响整机效率。
由于该文设计的双向DC/DC 变换器需要高效、宽范围输出，双向CLLLC 谐振变换器是由LLC 谐振变换器拓扑演变而来的，具有软开关的特性，副边增加了1个LC 谐振网络，可以实现能量的双向流动和升/降压[4]。
因此，采用对称型CLLLC 谐振变换器既可以满足宽范围输出的要求，也可以在全输出范围内实现软开关，从而提高整机效率。
CLLLC 谐振变换器可以提高充电桩电能传输效率，还可以实现电气隔离，保障充电桩安全、可靠。
1 电路模态与控制策略1.1 双向CLLLC 拓扑分析CLLLC 变换器存在2个不同谐振频率：1） 串联谐振频率f m 。
该频率是由元件L r 、C r 和变压器励磁电感L m 谐振获得的。
2） 串联谐振频率f r 。
该频率是由元件L r 、C r 谐振获得的，此时L m 被输出电压箝位。
2个串联谐振频率分别如公式（1）、公式（2）所示。
fr（1）（2）fm 与其他拓扑不同，双向CLLLC 谐振变换器并不是通过调节占空比来控制输出信号，而是通过调节开关管的频率来控制输出信号，根据频率之间的大小关系（如图1所示），可以将变换器分为3个工作区间。
工作区间一为欠谐振状态，此时开关频率与谐振频率的关系为f m <f s <f r 。
工作区间二为谐振状态，此时开关频率与谐振频率的关系为f s =f r 。
acdc拓扑种类
acdc拓扑种类ACDC拓扑种类ACDC拓扑是指交流（AC）到直流（DC）的电力转换拓扑结构。
在电力系统中，交流电源通常用于输电和分配电能，而直流电源则用于电子设备和某些特定的工业应用。
ACDC拓扑是将交流电转换为直流电的关键技术，具有广泛的应用领域。
一、全波桥整流拓扑全波桥整流拓扑是ACDC拓扑中最常见的一种。
它由四个二极管和一个负载组成。
交流电源通过一个变压器提供，经过整流桥后，输出的电压变为直流电。
全波桥整流拓扑具有简单、可靠的特点，广泛应用于家用电器和通信设备等领域。
二、半波整流拓扑半波整流拓扑是ACDC拓扑中的另一种常见结构。
它由一个二极管和一个负载组成。
交流电源经过变压器提供，经过二极管后，输出的电压变为直流电。
与全波桥整流拓扑相比，半波整流拓扑只能利用交流电的一半功率，效率较低，应用范围相对较窄。
三、谐振变换器拓扑谐振变换器拓扑是一种高效率的ACDC转换拓扑。
它利用谐振电路的特性，在开关管关闭时，将电感、电容存储的能量传递到输出端，从而实现电能的转换。
谐振变换器拓扑具有高效率、低噪声的特点，广泛应用于电动车充电器、太阳能逆变器等领域。
四、多电平换流器拓扑多电平换流器拓扑是一种高性能的ACDC转换拓扑。
它通过在输出端使用多个电平的电压波形，实现对输出电压的控制。
多电平换流器拓扑具有低谐波、低电磁干扰的特点，适用于高精度的电力供应系统，如电力传输、电动机驱动等领域。
五、开关电源拓扑开关电源拓扑是一种常用的ACDC转换拓扑。
它利用开关管的开关动作，将交流电转换为直流电。
开关电源拓扑具有高效率、稳定性好的特点，广泛应用于计算机、通信设备、工控设备等领域。
六、飞冲波变换器拓扑飞冲波变换器拓扑是一种高频高效的ACDC转换拓扑。
它利用飞冲波电路的特性，在开关管开关时，将电感储存的能量传递到输出端，实现电能的转换。
飞冲波变换器拓扑具有高效率、小体积的特点，适用于移动设备、电动工具等领域。
以上是ACDC拓扑的几种常见种类，每种拓扑都有其适用的领域和特点。
双向全桥cllc谐振拓扑工作原理简介
双向全桥cllc谐振拓扑工作原理简介
双向全桥CLLC谐振拓扑是一种在电力电子领域中常见的拓扑结构，具有高效、高可靠性、高性能等特点，广泛用于变换器、逆变器、电轨等领域。
本文将从它的工作原理入手，深入介绍这一拓扑。
I. 实现目标
双向全桥CLLC谐振拓扑的主要目标是实现直流电源与负载之间的双向
电能转换，同时具备高效、高可靠性、低损耗、小体积等优点。
II. 拓扑结构
双向全桥CLLC谐振拓扑由两组桥臂(上桥臂、下桥臂)、矩形谐振电感、矩形谐振电容及一定数量的二极管组成。
其中，上桥臂由四个MOSFET
管组成，下桥臂由四个反并联的二极管组成，矩形谐振电感和矩形谐
振电容组成了谐振网络。
III. 工作原理
在正向工作状态下，电能从电源流向负载，此时，上桥臂的MOSFET管
开启，下桥臂的二极管导通。
在这种状态下，矩形谐振电容和电感构
成了谐振电路，使电压呈谐振波形，从而减小了开关器件的损耗。
在反向工作状态下，负载向电源反馈功率时，上桥臂的MOSFET
管关闭，下桥臂的二极管导通，用谐振电路中的能量反馈给电源。
这
种状态下，矩形谐振电容和电感也构成了谐振电路，将电压呈谐振波形。
IV. 特点和应用
1. 双向全桥CLLC谐振拓扑具有高效、高可靠性、低损耗、小体积等
特点，可以实现直流电源与负载之间的双向电能转换。
2. 双向全桥CLLC谐振拓扑广泛应用于电力电子，如变换器、逆变器、电轨等。
综上所述，双向全桥CLLC谐振拓扑是一种高效、高可靠性、低
损耗、小体积的电力电子结构，具有广泛的应用前景。
在实际应用中，仍需结合具体需求进行实际应用。
lcc谐振变换器工作拓扑
lcc谐振变换器工作拓扑
LCC谐振变换器是一种高效、低压、高频的DC-DC转换器，其主要工作原理是利用谐振网络实现控制的电路。
该谐振变换器工作拓扑主要由电感、电容和晶体管组成，其中电感和电容组成谐振网络，晶体管控制谐振网络的开关，从而实现能量传递。
在工作时，首先在电感和电容中储存一定量的能量，然后晶体管开启并放电，当其达到发生器的频率时，谐振网络开始共振。
随着电感和电容中的电荷逐渐减少，谐振频率变小，直到到达输出电压的要求为止，此时晶体管关闭，将储存的能量传递给负载。
LCC谐振变换器采用输入电流零点切换，输出电压零点切换的方式进行控制，主要特点在于实现了零点切换，减少了能量损失，可提高转换效率。
由于电容和电感组成的谐振网络能够提供一个高阻抗的负载，因此LCC谐振变换器广泛应用于低电压高功率的应用场景，如电动汽车、电力电子设备等。
在LCC谐振变换器的设计过程中，需要考虑谐振频率的选择、电感和电容的参数的选择、谐振电路的稳定性等因素。
同时，由于谐振网络中的电感和电容存在阻能问题，所以谐振变换器的设计需要注意降低阻能损失，提高转换效率。
总之，LCC谐振变换器是一种高效、低压、高频的DC-DC转换器，其工作拓扑主要由谐振网络和晶体管控制器组成，能够减小能量损失，提高转换效率。
在实际应用中，需要考虑谐振频率、电感和电容参数的选择以及阻能损失的控制等因素。
半桥谐振转换器拓扑的比较.docx
半桥谐振转换器拓扑的比较ROBERT L. STEIGERWALD，SENIOR,IEEE摘要：对用于低电压输出的半桥拓扑电源，对串联谐振、并联谐振和串并结合方式的谐振变换器进行了比较。
本文展示了串并结合方式的转换器具有单纯串联谐振或并联谐振变换器的需要的特性，并且避免了二者的主要缺点。
分析和面包板实验结果表明串并结合的转换器可以工作于大范围的输入电压和大范围的负载，并且各种情况下都有一个很好的效率。
介绍了一种非常有用的基于经典的AC复杂分析方法的分析技巧。
引言为了减小现代计算机系统电源的体积，需要提高工作频率来减小电抗性的器件体积，为了减小由于更高工作频率带来的更高的开关损耗，谐振电源转换器再次激发了人们的兴趣。
本文将对用于低压输出电源的串联谐振拓扑、并联谐振拓扑和串并结合方式谐振拓扑进行比较，结果表明串并结合方式转换器具有单纯串联和并联谐振变换器的需要的特点，并且避免了这两种变换器的缺点，特别是，通过分析和实验结果表明串并结合方式转换器可以工作于大范围的输入电压和大范围的负载（空载到满载），并且各种情况下保持一个很好的效率。
另外，介绍了一种非常有用的基于经典AC负载分析方法的分析技术。
线路描述图1描述了可以用于高频开关电源的三种形式的谐振变换器。
在串联负载线路，两个电容C s/2形成了容值为C s串联谐振电容；在并联负载转换器C p是唯一的谐振电容，电容C in/2只是把输入直流电压分为两半；串并负载转换器,既有串联谐振电容也有并联谐振电容。
对于电源装置所有这三个转换器都会减小开关损耗。
线路可以工作于高于谐振频率或低于谐振频率，作者目前发现工作频率高于谐振频率较好，这点将参考图2介绍。
图2展示了谐振转换器工作频率高于谐振频率时的波形，在三种变换器中，1l1 1111 11l1 11l1 i1l1 i1111I II ------------------------------- .T —ra ■« --- -------------------------—JFig. 1. Three types of lulf bridge resonant converters, (a) Series landed (b) Parallelloaded, (c) Sc rics-parallel louded.I”-：Hn』^53r--匮吗fT■■Fiit. 2>nitelnTinHmn* is半桥线路给谐振线路施加了一个电压方波，由于谐振线路的滤波作用，在谐振电感Lr 中电流近似为正弦波，流过谐振线路的电流（流过电感Lr 的电流）滞后于施加到谐振线路电压（半桥线路产生的方波的基波分量），从而可知变换器的工作频率高于谐振频率。
浅谈谐振变换器
4. 变压器原边漏感无法参与谐振，造成变压器电压电流存在较大 的相位差，导致谐振回路中无功电流增加，通态损耗也增加。
LLC谐振电路
负载短路时谐振频率为：
1 fr1 = 2π LrCr
Cr
Lr
V
Lm
R
负载开路时谐振频率为： 电路增益：
800
600
600
400
IPROBE1 / mA
400
200
200
-0 0
-200
-200
-400
-400
-600
0.8
0.6
0.4
0.2
0
560 562 564 566 568 570 572 574
Time/uSecs
2uSecs /d iv
V-pos / V
0.8
0.6
0.4
0.2
0
560 562 564 566 568 570 572 574
串并联谐振电路是串联谐振电路和并联谐振电路的结合具有串联谐振和并联谐振的优点轻载时呈现并联谐振的特性重载时呈现串联谐振的特性其固有谐振频率随负载的不同而改变
Contents
1
谐振变换器的特点
2
谐振的概念
3 谐振变换器的拓扑结构及其特性
谐振变换器概述
在变换器应用中，有一类将直流电变为高频正弦交流 电的变换器，作为变换器的中间环节或者直接输出， 主要应用于： 1. 雷达、通信中的射频功率放大器； 2. 感应炉的高频逆变器； 3. 使用高频正弦中间储能环节的谐振DC/DC变换 器； 4. 日光灯的电弧装置； 5. 使用谐振储能或作为变压器的其他电力变换器
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变化的频率 断续谐振
准谐振能实现 并联或串联负载 半循环或全循环工作 零电流开关或零电压开关 在最大负载时，可能达到连续谐振 图 12 准谐振的定义
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准谐振变换器的控制环通常会配置一个脉冲发生器用以驱动谐振电路，该脉冲发生器被设定成 固定脉宽（由谐振电路决定），工作频率由控制电路决定。或者设定成检测零电压或者零电流的方 式。在最低输入电压和最大负载的条件下，两个独立的脉冲合并到一起时，准谐振变换器进入连续 谐振
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生出一系列的工作模式和电路形式。
谐振变换器的优点
图 3 基本谐振变换器
在讨论之前，让我们先停下来回顾一下，令我们对谐振模式功率转换器感兴趣的原因。 通过对早期开关模式功率变换器的研究，我们发现高频能够减小电感和电容器件的体积，从而 会使得电源系统进一步小型化，但是，事实上，我们所期望的低损耗却不能同步实现，这正是高频 带来的副作用，工作频率的增高会引发更多的寄生电容和漏感，开关器件将承受更大的应力，引发 更多的 EMI 和 RFI 问题。谐振系统具备一个最大的优点就是能够回避这许多的高频副作用――将谐 振电路应用于电源系统，开关动作被设定在零电流或零电压的时刻发生，大大减小了应力水平；正 弦谐振波同时还能够降低高频谐波噪声；由于电路是利用 L-C 谐振，电路中寄生的电感和电容能够 得到利用。有了这许多的优点，使得电源系统工作在 500kHz 到 2MHz 的频率范围成为可能，事实 上，也已经在一些业界领航的企业里变为了现实。
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变压器耦合
功率电路里的变压器的引入，没有改变电路拓扑形式,却给电路增加了许多很有意思而且很有用 的特性。图 19 是对以上讨论的 BUCK 电路里增加了一些简单扩充。在图 19A，谐振电路在原边回 路，变压器仅仅作为一个与并联负载匹配的的阻抗。这种方式的优势在于变压器只流过负载电流， 因此原边电流采样比较容易，图 19B 将谐振电容放到次级，这样做的好处是：变压器的漏感不再是 寄生电感，而变成了谐振电感的一部分，次级二极管以软开关的形式流过正弦波形波电流，瞬态响 应小。
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些谐振开关电路之前，让我么先来看看一些相关电路。
为了理清头绪，方便的我们对电路形式的选择，首先根据电路的以下工作特性将谐振拓扑形式分类 是很有必要的。 1. 谐振单元的负载是串联还是并联的 2. 控制部分是变频还是固定频率的 3. 谐振电路的电流（或者电压）是连续的，还是在一个周期里的一段时间里等于零
许多实际的应用都采用变频式连续工作模式，这种工作方式有以下缺陷： 1. 非零开关动作增加了晶体管的应力。 2. 在频率接近谐振点时，峰值电流和峰值电压比较高，增加了谐振元件的应力 3. 电路工作是跟随谐振阻抗曲线的非线性特性曲线 连续模式的主要优点就是，相比断续模式，它的工作频率在一个很小的范围内变化。
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固定（可变）频率模式
谐振变换器可以被设定成在固定频率或可变频率下工作，它们的工作方式有着很大的区别。固定频 率控制系统应用传统的 PWM 调节输出，如图 10 所示。这就要求固定频率的系统有至少有一个非 零开关转换，有可能是两个，这与我们的初衷是相背的，这样，除非系统要求必须工作在同步频率的情 况，否则一般不采用这种模式。
图 19C 所示的电路中，将电容移到整流管的另一端，变压器的重启必须通过其它途径，反向电 流的缺失使得原边对二极管耐压，高速要求的降低。另外，变压器原边开关的电压波形是方波，所 以需要承受的伏秒积较小。在电路应用中，一般在变压器中制作较大的漏感，使它成为谐振电感， 省去一个分立器件。
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优点 1. 零电流开关 2. 低器件应力 3. 低 EMI 4. 寄生电容和漏感得到利用 5. 输出整流管的反向恢复得到改善 缺点 1. 线路复杂 2. 峰值电流大 3. 难度大
图 4 谐振系统的优缺点
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可变频率工作模式可以进一步细分：谐振电路电流是否连续；一个工作于连续谐振模式的电路利用 谐振电路阻抗曲线的斜坡来控制输出，如图 11 所示，控制电路利用改变工作频率，使之靠近或远离谐 振频率，调整进入谐振回路的能量，从而控制传到负载的能量。
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1. 串联负载还是并联负载形式 2. 固定频率还是变频工作 3. 连续谐振还是不连续谐振 4. 是零电流开关还是零电压开关 5. 半循环还是全循环工作
图 8 谐振系统分类 4. 是零电流开关还是零电压开关 5. 谐振电路里的能量是单向流动还是在回到零点之前有个能量闭环
以上特性是我们选择谐振变换电路的依据，也是我们理解相关原理的基础
线性调整器 简单 效率低 开关调整器 复杂 高效 需控制芯片 高噪声 响应慢 电流模式控制器 改善的调整率 优秀的保护性能 高带宽
60 年代及以前 70 年代
80 年代
图 1 电源系统发展史
5~20kHz 20~100kHz 100~500kHz
有低频噪声（人耳可以听到的） 慢速的双极性开关器件 大体积的电感和电容器件 无人耳可感觉的低频噪声 快速的双极性晶体管开关器件 磁性器件的普及 小体积 功率 mos 管成为开关器件 电感和电容器件的损耗增大 二极管的恢复时间 射频干扰和电磁干扰 装配问题
断续谐振
断续工作模式按一定速率传输能量，电路的工作频率是由负载要求决定的。 目前最流行，且很重要的一类变频非连续电流谐振变换器通常被称作准谐振。剩下的篇幅，我 们将重点讨论这种电路形式以及这种电路形式所派生的很多的工作方式。 如图 12 所示，准谐振电路波形并非正弦波，它有两个线性部分分布在两个正弦曲线之间。 准谐振＝并非完全的正弦波形
在变频非连续模式的谐振变换器设计时，设计者需要作出两个很重要的对电源特性有着很大影 响的决定：
零电流或零电压开关 我们考虑如何降低开关应力这一对谐振变换器来说是一个重要因素的问题，本文将讨论最常用 的方法：在零电流时开关电路，以使动态负载线尽量靠近 V-I 轴。很明显，在正弦波的电流形式中， 峰值电流应该是方波形式电流的两倍，尽管这增加了 I2R 的损耗，但相比方波开关系统的高峰值功 率水平，大多数的半导体器件都更适合应用于正弦波开关系统。 当然，零电压开关将降低开关的应力，但我们知道，如图 14 所示，这种方法仅仅是其中
图 2 电源开关频率
谐振变换器的拓扑形式
首先让我们先来定义一下谐振变换器系统――它是利用一个谐振的 L-C 电路作为功率转换处 理器，所有的谐振变换器本质上都是以同一种方式工作：由功率开关产生的电压或电流方波脉冲被 谐振电路利用，通过谐振变换器，将全部的或部分能量分配到输出。这种原则能够广泛应用，并派
谐振变换器分类
介绍之前，我们将引进一种谐振开关的概念，一个谐振开关包括了开关器件（例如，一个具有控 向二极管的三极管）和谐振元件(L&C),谐振开关的形式有很多种，图 7 列出了其中的几种，虽然形式不 同，但谐振开关的功能和传统方波转换电路里的开关却是一样的。这里有一个概念是我们必须了解的： 大多数的谐振电路都可以被看作是传统 PWM 转换电路中的功率开关被谐振电路所取代。在深入探讨这
并联(并联)负载
由于谐振变换器是将能量输入到谐振回路里，然后部分或全部输出至负载，所以我们可以通过两种 方式来实现，如图 9A 所示：如果负载是像图 9A 所示串联在谐振回路单元里的，我们称其为串联谐振 变换器，工作模式类似于一个高阻电流源输出。
并联负载的工作模式刚好相反，如图 9B 所示，类似于一个低阻电压源输出。两种模式都很常用， 串联负载型通常用在高压输出的情况，并联负载型通常用在低压输出的情况。
的一种，哪一种形式才 是最好的，这决定于输出 负载的寄生电感和开关器 件的电容对电路的影响， 哪一个比较大，零电压开 关主要适用于工作频率很 高、开关器件的节电容迅 速充放电从而引起很大损 耗的环境。两种电路的特 性对比见图 15。工作在正 弦波的零电压开关形式， 将带来较大的峰值电压。 尽管它会在轻载时失控， 但短路时却不受影响。
谐振变换器的拓扑形式
简介
近年来，功率变换器由价格昂贵，形式简单的线性电源形式，经历了早期低频的 PWM 系统， 发展到今天的性能优良，但体积和重量却大幅减小的高频方波变换器。
现在，谐振变换器以一种全新的拓扑形式展现在我们面前：它能够以较小的体积和重量承载高 性能的功率变换功能，但随之而来的是复杂度的提高。本文将对以往的变换器的拓扑形式进行梳理， 同时引进谐振变换器的拓扑形式，希望能够对大家在设计，分析，评价这一新的电源系统时提供帮 助。
图 15 开关技术比较