【正文】 輸出端與變壓器脫離。 圖 24 T1~T2工作階段 Operation at T1~T2 ? T2~ T3: Q1開通、 Q2關斷（一旦 Q1的輸出電容被放電放到零時）。上海交通大學工程碩士學位論文 第二章 LLC 半橋諧振電路原理 ~ 9 ~ 只有 Lr和 Cr 參與諧振。諧振電感電流開始從輸入端經(jīng) Q1 流向地。下圖 26 為 LLC 半橋諧振電路在 T3~ T4 工作階段各個 元器件工作狀態(tài)。在死去時間，變壓器漏感 Lm 參與諧振。由于 T4~ T5 階段中 Q2的輸出電容已經(jīng)被放電至零，因此 T5~ T6 階段 Q2以零電壓開通。下圖 8為 LLC半橋諧振電路在 T5~ T6 工作階段各個元器件工作狀態(tài)。而且，由于這個被動 Lm 負載，可以保證在任何負載情況下都能工作在零電壓開關狀態(tài)下。為了減小開關時的交疊，人們提出了零電流開關（ ZCS)和零電壓開關 (ZVS)兩種軟開關的方法。從能量的角度來看，它是將開關損耗轉移到緩沖電路中消耗掉，從而改善開關管的工作條件。全諧振變換器的諧振元件一直諧振工作，而準諧振變換器的諧振元件只參與能量變換的 某一個階段，不是全程參與。 雖然理論上， LLC 半橋諧振電路可以在全負載范圍內(nèi)實現(xiàn)零電壓開通，但是還是要考慮諧振電路工作情況，比如增益、諧振頻率。正是由于這個特點，可以讓系統(tǒng)工作在串聯(lián)諧振頻率點以獲得高的 效率。這里需要指出的時，電路應盡量避免工作在容性區(qū)域（ fsw接近 fr2），因為電路工作在容性區(qū)域會引起環(huán)路不穩(wěn)定。 LLC 諧振電路輸出電壓調(diào)整主要通過改變諧振腔輸入方波開關頻率。但是，對于前級連接 PFC 的 LLC 諧振電路來說，這個缺點可以忽略。 Mmin 如下： λ1 1VinmaxVo2nM min ???= ?M 公式 36 此時，可以得到最高開關頻率比： ?????? ???M m i n11λ111f 公 式 37 同理，可以在輸入直流電壓最 小、負載最重時得到最大電壓增益特征函數(shù) Mmax 和最低開關頻率比： VinminVo2nMmax ? 公式 38 最低開關頻率比如下公式 37： ?????? ???2M m a x11λ111f 公式 39 同時，從公式 35 可以看出， Lr、 Lm 將決定 LLC 諧振電路無負載時的電壓增益，這是 設計當中確保電路能否工作在無負載情況下的關鍵。同時借助 LLC 諧振電路直流特性圖分析其不同工作區(qū)域：容性區(qū)，感性區(qū)，邊界區(qū)和負載獨立工作點。由于電路工作區(qū)域是在電壓增益曲線的感性工作區(qū)，由上圖可以看出，電路通過調(diào)整頻率來調(diào)整輸出電壓，提高頻率以響應輸出功率降低的需求；或者通過提高輸入直流電壓來實現(xiàn)電路工作在輕載模式。因為 LLC 諧振電路的輸入直流電壓此時為 400VDC 左右，是一個比較窄的范圍，即使真正的輸入電壓為寬范圍電壓（ 90VAC ~ 264VAC）。這時 LLC 半橋諧振電路的工作頻率范圍如下圖 13 左圖中灰色陰影所示；那么電路諧振腔內(nèi)正弦諧振電流波形的周期將發(fā)生變化，其周期縮短為 MOSFET 開關周期的一半（見下圖 41 右圖）。隨著下管的開通，大量電流涌入下管，這時容易引起瞬間沖擊電流。 通過第一種情況的分析可以看出如果將最低工作頻率（ fmin）設置在第二諧振頻率（ fr2）附近時，電路一個開關周期內(nèi)大多數(shù)時間是工作在容性區(qū)域的，使 MOSFET 一直處于硬開關模式，對其散熱產(chǎn)生極不利的影響；并且可以看到上下兩管有“共通”可能，在上面波形圖中，不僅在 MOSFET 開通瞬間也可能在 MOSFET 體二級管反向恢復時都有尖刺電流出現(xiàn)。 Lr/Lm 設計優(yōu)化 從公式 35 可以看出， Lr、 Lm 將決定 LLC 諧振電路無負載時的電壓增益，這是設計當中確保電路能否工作在無負載情況下的關鍵。 表 42優(yōu)化后參數(shù)設置 Table 42 Parameter design after optimization 諧振參數(shù) 取值 L6599 參數(shù) 取值 Cs 22nF CF 270pF Lr 110uH RFmin 16kΩ Lm 585uH RFmax fr1 100kHz fmax 187kHz fr2 40kHz fmin 77kHz 上海交通大學工程碩士學位論文 第四章 LLC 半橋諧振電路優(yōu)化方案 ~ 21 ~ 那么 LLC 半橋諧振電路的工作頻率范圍如下圖 14 左圖中灰色陰影所示；電路諧振腔內(nèi)正弦諧振電流波形的周期與 MOSFET 開關電壓周期同步，并且電流之后與電壓，電路工作在感性區(qū)域 。 t1~t2: 此階段諧振電流反向，并且變壓器次級側呈開路狀態(tài)；因此諧振電流在此處出現(xiàn)了“平臺”，諧振頻率則由 Cr、 Lr 和 Lm 決定，所以電 路工作在第二諧振頻率 fr2附近。 t0 t1 t2 t3 Possibility of cross conduction LS Vds Resonant current Reverse recovery LS Vgs fr1 fmax fr2 fmin 上海交通大學工程碩士學位論文 第四章 LLC 半橋諧振電路優(yōu)化方案 ~ 20 ~ 圖 41工作頻率范圍（左）和波形圖（右） （當 fmin fr2） operation range (left) and waveform (right) (when fmin fr2) 如果將工作波形圖分成若干個時間段，可以進行分析： t0~t1: 此階段下管開通，諧振腔內(nèi)諧振電流全部流入下管；此時由于電路工作在容性區(qū)域，電流超前電壓，下管不是零電壓開通而是硬開通。上圖 32中的紅色曲線為 LLC 諧振電路無負載時的曲線 λ1 1Q)λ ,M( fM n ???? ； ? ???nf ； 公式 41 結合上面的討論，利用最小電壓增益特征函數(shù) Mmin 大于 ?M ，可以在輸入直流電壓最高處可以得到 Mmin 和最高開關頻率比，這樣就有可能使電路工作在無負載情況下： λ1 1VinmaxVo2nM min ??? = ?M ； ?????? ???Mm in11λ111f 公式 42 同 理，可以在輸入直流電壓最小、負載最重時得到最大電壓增益特征函數(shù) Mmax 和最低開關頻率比： VinminVo2nMmax ?； ?????? ???2Mm ax11λ111f 公式 43 根據(jù)上式可以優(yōu)化 LLC 半橋諧振電路工作頻率的范圍。從上圖 3中也可以看出，輸入直流電壓范圍越寬，其開關頻率范圍也越寬，如果工作在這種情況下， LLC 諧振電路將很難優(yōu)化，這是 LLC 諧振電路的一個主要缺點。上海交通大學工程碩士學位論文 第四章 LLC 半橋諧振電路優(yōu)化方案 ~ 18 ~ 第四 章 LLC 半橋諧振電路優(yōu)化方案 LLC 半橋諧振電路 可以從以下四個方面考慮優(yōu)化方案：工作頻率設置， Lr/Lm 之比參數(shù)設計，選擇滿足零電壓開通的 MOSFET， PWM控制器的選擇。下面通過實際分析 2 種情況來討論如何設定最低工作頻率。因此，有前級 PFC 的 LLC 諧振電路可以工作在負載獨立工作點上?；谶@兩點，如果 LLC諧振電路可以工作在負載獨立工作點附近，那么其輸出電壓可以在較寬負載變化范圍且相對較窄的開關頻率范圍內(nèi)實現(xiàn)調(diào)整。從上圖 10 中可以看出，負載獨立工作點在第一諧振頻率點 fr1 上可以找到，所有 Q曲線都會經(jīng)過這個負載獨立工作點，并且所有 Q曲線的電壓增益特征函數(shù) M完全相同。根據(jù)上面的討論， LLC 諧振變換的直流特性可以根據(jù)不同的工作模式分為三個工作區(qū) ,如下圖所示：容性工作區(qū)；感性工作區(qū)（為期望設計的工作區(qū)）和邊界工作區(qū)。為了更好的分析 MOSFET ZVS 條件與 LLC 諧振電路工作區(qū)域的關系，首先需要分析諧振電路輸入阻抗，因此對 LLC 半橋諧振電路進行以下簡化： 上海交通大學工程碩士學位論文 第三章 LLC 半橋諧振電路簡化建模 ~ 13 ~ 圖 31 LLC半橋諧振電路簡化電路 Simplified circuit of LLC half bridge resonant circuit LLC 半橋諧振等效電路輸出輸入傳遞函數(shù)如下： o2mo2mmro2mo2mZnjwLZnjwLjwLjwC1ZnjwLZnjwLV i n / 2nVo????? 公式 31 其中：rrr1 CL2π1f ? ； 第一諧振頻率（兩個諧振頻率中頻率較高者） rrmr2 )CL(L2π1f ?? ； 第二諧振頻率（兩個諧振頻率中頻率較低者） mrLLλ? ； 諧振電感與變壓器漏感之比，簡稱“電感比” r1swn fff ? ； 開關頻率與第一諧振頻率之比，簡稱“頻率比” 2out2outoVn PZQ? ； 品質因數(shù) rrrrrro Cf2 π 1Lf2 πCLZ ??????? ； 輸出特征阻抗 sPNNn? ； 初級側與次級側變壓器匝數(shù)比，簡稱“匝數(shù)比” 等效 上海交通大學工程碩士學位論文 第三章 LLC 半橋諧振電路簡化建模 ~ 14 ~ 由上述公式 1左邊部分進行變化，可以得出兩倍匝數(shù)比與輸出電壓的乘積對輸入電壓關于頻率比、電感比和品質因數(shù)的傳遞函數(shù)為： Vin2nVoQ)λ ,M(f n ? 公式 32 將r1swn fff ? ；mrLLλ? ； 2out2outoVn PZQ? 代入公式 31并進行簡化，可以得出： 2nn222nnf1fQfλλ11Q)λ ,M (f???????? ?????????? ??? 公式 33 LLC 半橋諧振電路的直流特性顯示，如果工作在在 fr1 的右端，它的特點與串聯(lián)諧振相同，而工作在 fr1 的左邊，根據(jù)負載情況，類似于并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振。零轉換 PWM 變換器的輔助諧振電路只是在開關管開關時工作一段時間，其它時間則停止工作。目前所研究的軟開關技術不再采用有損緩沖電路，這種技術真正減小了開關損耗，而不是損耗的轉移，這就是諧振技術。對于 ZVS:使開關管的電壓在開通前降到零在關斷時保持為零。上海交通大學工程碩士學位論文 第三章 LLC 半橋諧振電路簡化建模 ~ 12 ~ 第三章 LLC 半橋諧振電路簡化建模 LLC 半橋諧振電路簡化 對于 LLC 諧振電路，首先要了解軟開關。這種情況下，變壓器漏電感由于被輸出電壓所鉗位，因此，它會作為 Lr,Cr 串聯(lián)諧振腔的負載形式存在，而不參與整個諧振過程。此時， Lm 不參與 Lr 和 Cr 的諧振。下圖 7為 LLC 半橋諧振電路在 T4~ T5 工作階段各個元器件工作狀態(tài)。此時，諧振電感電流對Q1 的輸出電容 Coss 進行充電，并對 Q2 的輸出電容 Coss 進行放電直到 Q2上輸出電容電壓為零，導通 Q2的體二級管，為 Q2零電壓開通創(chuàng)造條件。輸出端仍由 D1來傳輸能量。下圖 5為 LLC 半橋諧振電路在