概要

隨著現代電力電子技術的發展，開關電源向著高頻化、集成化、模塊化方向發展，提高開關頻率能減小體積，提高功率密度及可靠性，平滑變化的波形和較小的電壓 / 電流變化率也有利于改善系統的電磁兼容性，降低開關噪聲。功率諧振變換器以諧振電路為基本的變換單元，利用諧振時電流或電壓周期性的過零，從而使開關器件在零電壓或零電流條件下開通或關斷，以實現軟開關，達到降低開關損耗的目的，進一步提高效率，因此得到了重視和研究。諧振網絡通常由多個無源電感或電容組成，由于元件個數和連接方式上的差異，按不同諧振方式可分為串聯諧振變換器、并聯諧振變換器以及兩者結合產生的串并聯諧振變換器。

為了解決傳統諧振變換器的局限性，提出了 LLC 諧振變換器，因為它優于常規串聯諧振變換器和并聯諧振變換器，在負載和輸入變化較大時,頻率變化仍很小，且全負載范圍內切換可實現零電壓轉換 (ZVS)。LLC 諧振變換器理論上可實現初級開關管零電壓開通（ZVS），且關斷電流也較小，次級整流管可實現零電流開斷（ZCS），既有串聯諧振變換器諧振槽路電流隨負載輕重而變化、輕載效率較高的優點，又有并聯諧振變換器在空載下也能穩定工作的優勢。

主要特點：多諧振頻率：fr1 和 fr2

變頻控制 PFM

固定 50% 占空比

開關管 ZVS 開通

當開關頻率 fsw 等于諧振頻率時，諧振電流波形為正弦波：關斷損耗小，EMI 小

兩個次級整流管的電壓應力和電流應力相等：ZCS，沒有反向恢復損耗。沒有輸出扼流圈，節省成本集成式變壓器

效率可高達 96% 以上

本文以一個典型的 120W  LLC 半橋

諧振變換器為例，通過 SIMPLIS 仿真分析其電路特性。

典型電路：

此電路是一個典型 LLC 半橋諧振電路，開環控制，輸入電壓 380V，輸出功率 120W，輸出電壓 24V，匝比 7.5：1：

1，開關頻率 fsw=85kHz。

控制芯片 U1 內部電路圖：

波發生器：通過以 50% 占空比交替驅動上下 MOS 管產生方波電壓

諧振網絡：由 Lr、Cr 和 Lp 組 成 諧振網絡，實現開關管的 ZVS

輸出整流：輸出二極管實現 ZCS，無反向恢復損耗

參數設置：

輸入電壓Vin=380V，品質因數Q=0.6，等效負載阻抗 RAC ≈ 208.17Ohms，負載電流 ILOAD=2.5A，死區時間Tdead=200ns，諧振參數 Lp=998uF，Lr=234uF，Cr=15nF，計算 可知   fr1 ≈ 85kHz，fr2 ≈ 37kHz，此電路fsw=fr1。

仿真結果：

下圖所示依次是兩個MOS管的驅動波形、兩個MOS的中點電壓和諧振電容電壓波形、諧振電流和激磁電流波形、輸出二極管電壓波形和電流波形。

下圖依次是下管的 VGS，VDS 和 id 波形。

放大后可觀察到該 MOS 此時是 ZVS 開通。

同樣的，可觀察上管 MOS 也是 ZVS 開通。

下圖是輸出二級管的電壓（綠色）和電流（紅色）波形。

下圖依次是下管的 VGS，VDS 和 id 波形。

添加功率探頭，測試效率和損耗，η 為 96.5%，測得結果如下圖所示。

AC 分析得到控制到輸出的 Bode 圖，測量可得相位裕度約為 58°，增益裕度約為21dB。

本文通過 SIMPLIS 仿真軟件分析 LLC 半橋諧振變換器的主要特性，觀察初級開關管的 ZVS 和輸出整流二極管的 ZCS 過程，測試效率和損耗，并通過 AC 小信號分析其頻域特性，從而驗證了 LLC 電路的主要特點和工作過程，為拓撲中關鍵參數尤其是諧

振參數的優化設計以及元器件選型等提供了重要依據。