【正文】 從上圖 3中也可以看出，輸入直流電壓范圍越寬，其開(kāi)關(guān)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(gè)主要缺點(diǎn)。基于這兩點(diǎn)，如果 LLC 諧振電路可以工作在負(fù)載獨(dú)立工作點(diǎn)附近，那么其輸出電壓可以在較寬負(fù)載變化范圍且相對(duì)較窄的開(kāi)關(guān)頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)調(diào)整。零轉(zhuǎn)換 PWM 變換器的輔助諧振電路只是在開(kāi)關(guān)管開(kāi)關(guān)時(shí)工作一段時(shí)間，其它時(shí)間則停止工作。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(huì)作為 Lr,Cr 串聯(lián)諧振腔的負(fù)載形式存在，而不參與整個(gè)諧振過(guò)程。輸出端仍由 D1 來(lái)傳輸能量。 上海交通大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 第二章 LLC 半橋諧振電路原理 ~ 8 ~ 圖 23 T0~T1 工作階段 Operation at T0~T1 ? T1~ T2:Q1 關(guān)斷、 Q2 關(guān)斷；此時(shí)為半橋電路死區(qū)時(shí)間，諧振電感上的電流仍為負(fù)，諧振電流對(duì) Q1 的輸出電容（ Coss）進(jìn)行放電，并且對(duì) Q2 的輸出電容（ Coss）進(jìn)行充電，直到 Q2 的輸出電容的電壓等于輸入電壓（ Vin），為 Q1 下次導(dǎo)統(tǒng)創(chuàng)造零電壓開(kāi)通的條件。 基本電路 LLC 半橋諧振電路中，根據(jù)這個(gè)諧振電容的不同聯(lián)結(jié)方式，典型 LLC 諧振電 路有兩種連接方式，如下圖 1所示。首先是開(kāi)關(guān)頻率優(yōu)化設(shè)置，將開(kāi)關(guān)頻率設(shè)置在高于第二諧振頻率附近，有效避免工作在容性區(qū)域。串并聯(lián)諧振電路的輸出電壓可高于或低于電源電壓，且負(fù)載變化范圍寬，是目前研究領(lǐng)域中較主流的結(jié)構(gòu)。 本文 首先對(duì)各種諧振變換器的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了比較，總結(jié)出 LLC 諧振變換器的主要優(yōu)點(diǎn)。他無(wú)論在理論上還是在實(shí)踐中，都給與我很大的幫助，使我得到不少的提高這對(duì)于我以后的工作和學(xué)習(xí)都有一種巨大的幫助，感謝 他 耐心的輔導(dǎo)。郭謙功老師淵博的知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)和誨人不倦的態(tài)度給我留下了深刻的印象。 申請(qǐng)上海交通大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文 LLC半橋諧振電路的設(shè)計(jì)與應(yīng)用 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。從他身上，我學(xué)到了許多能受益終生的東西。在論文的撰寫(xiě)過(guò)程中 老師們 給予我很大的幫助，幫助解決了不少的難點(diǎn)，使得論文能夠及時(shí)完成，這里一并表示真誠(chéng)的感 謝。并以 90W 電腦適配器項(xiàng)目為設(shè)計(jì)目標(biāo)，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試， 驗(yàn)證理論提出的優(yōu)化方案。 為了解決傳統(tǒng)諧振變換器的局限性，提出了 LLC 諧振變換器 ； 因?yàn)樗鼉?yōu)于常規(guī)串聯(lián)諧振變換器和并聯(lián)諧振變換器 ，在 負(fù) 載 和輸入變化較大時(shí) ,頻率變化 仍 很小 ，且 全負(fù) 載范圍內(nèi)切換 可實(shí)現(xiàn) 零電壓轉(zhuǎn)換 (ZVS)。 第二是變壓器和諧振電感的優(yōu)化設(shè)計(jì) ， 可以得出， λ 值需合理設(shè)計(jì) ，過(guò)大或過(guò)小均會(huì)影響電路增益和工作頻率范圍，其值需在實(shí)驗(yàn)中微調(diào) 。不同之處在于 LLC諧振腔的連接，左圖采用單諧振電容（ Cr），上海交通大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 第二章 LLC 半橋諧振電路原理 ~ 6 ~ 其輸入電流紋波和電流有效值較高，但布線簡(jiǎn)單，成本相對(duì)較低；右圖采用分體諧振電容（ C1, C2），其輸入電流紋波和電流有效值較低， C1 和 C2 上分別只流過(guò)一半的有效值電流，且電容量?jī)H為左圖單諧振電容的一半。由于 Q1體二級(jí)管此是出于正向偏置，而 Q2 的體二級(jí)管示反相偏置，兩個(gè)電感上的電流相等。隨著Q1 關(guān)斷， T3~ T4 階段結(jié)束。由于這個(gè)被動(dòng)負(fù)載， LLC 諧振變換輕載穩(wěn)壓可以不再需要很高頻率。全諧振變換器主要由開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)和諧振槽路組成，它使得流過(guò)開(kāi)關(guān)管的電流變?yōu)檎叶皇欠讲ǎ缓笤O(shè)法使開(kāi)關(guān)管在某一時(shí)刻導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)零電壓或零電流開(kāi)關(guān)。從上圖10 中也可以看出，輸入直流電壓范圍越寬，其開(kāi)關(guān)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(gè)主要缺點(diǎn)。但是，對(duì)于前級(jí)連接 PFC 的 LLC 諧振電路來(lái)說(shuō)，這個(gè)缺點(diǎn)可以忽略。基于這兩點(diǎn)，如果 LLC 諧振電路可以工作在負(fù)載獨(dú)立工作點(diǎn)附近，那么其輸出電壓可以在較寬負(fù)載變化范圍且相對(duì)較窄的開(kāi)關(guān)頻率范圍內(nèi)實(shí) 現(xiàn)調(diào)整。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(guò)調(diào)整頻率來(lái)調(diào)整輸出電壓，提高頻率以響應(yīng)輸出功率 降低的需求；或者通過(guò)提高輸入直流電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)電路工作在輕載模式。零開(kāi)關(guān) PWM 變換器是在準(zhǔn)諧振的基礎(chǔ)上加入一個(gè)輔助開(kāi)關(guān)管，來(lái)控制諧振元件的諧振過(guò)程。 上海交通大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 第二章 LLC 半橋諧振電路原理 ~ 11 ~ 圖 25 T2~T3 工作階段 Operation at T2~T3 由以上工作狀態(tài)可以看出，除了 Q Q2 死區(qū)時(shí)間外，絕大多數(shù)時(shí)間，電路都可以工作在由 Lr 和 Cr 構(gòu)成的較高的諧振頻率。變壓器漏感 Lm 此時(shí)被此電流充電，因此參加諧振的器件只有 Lr 和 Cr。下圖 3 為 LLC 半橋諧振電路在 T0~ T1 工作階段各個(gè)元器件工作狀態(tài)。接下來(lái)的文章中會(huì)具體討論 MOSFET 在 LLC 拓?fù)渲械男阅芎涂煽啃?，同時(shí)詳細(xì)介紹 LLC 諧振電路原理和技巧。 第四章 模塊的硬件設(shè)計(jì) 本章闡述 LLC 諧振電路可以從四個(gè)方面著手優(yōu)化電路。并聯(lián)諧振的輸出端可以開(kāi)路但不能短路，會(huì)損壞諧振電容，并且過(guò)大的原邊回路電流對(duì)開(kāi)關(guān)器件及電源都會(huì)產(chǎn)生沖擊；輕載時(shí)，不 需通過(guò)大幅改變頻率來(lái)穩(wěn)住輸出電壓，與串聯(lián)諧振相比變換器工作范圍更大，可工作至空載；當(dāng)輕載時(shí)輸入電流變化不大，開(kāi)關(guān)管的通態(tài)損耗相對(duì)固定，在輕載時(shí)的效率比較低，較為適合工作于額定功率處負(fù)載相對(duì)恒定的場(chǎng)合。最后，所有寄生元件，包括所有半導(dǎo)體器件的結(jié)電容和變壓器的漏磁電感和激磁電感，都是用來(lái)實(shí)現(xiàn) ZVS 的。老師們認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神和深厚的理論水平都使 我收益匪淺。 首先，我要特別感謝我的知道郭謙功老師對(duì)我的悉心指導(dǎo)，在我的論文書(shū)寫(xiě)及設(shè)計(jì)過(guò)程中給了我大量的幫助和指導(dǎo)，為我理清了設(shè)計(jì)思路和操作方法，并對(duì)我所做的課題提出了有效的改進(jìn)方案。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。再次對(duì)周巍老師表示衷心的感謝。 上海交通大學(xué) 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。 90W 電腦適配器 LLC 前級(jí)使用 PFC 電路，后級(jí)使用 LLC 半橋諧振電路。 另外 全球?qū)档湍芎牡男枨笳?促進(jìn)節(jié)能技術(shù)的推廣。第三是確定 MOSFET 零電壓開(kāi)通條件，滿足這一要求的 MOSFET 可以遵循本章所 得公式 414 選擇 。 圖 21 典型電路 Tipical Circuit LLC 半橋諧振電路基本原理 LLC 諧振變換的直流特性分為零電壓工作區(qū)和零電流工作區(qū)。輸出電壓比變壓器二次側(cè)電壓高， D D2 處于反偏狀態(tài)，所以輸出端與變壓器脫離。下圖 26 為 LLC 半橋諧振電路在 T3~ T4 工作階段各個(gè) 元器件工作狀態(tài)。而且，由于這個(gè)被動(dòng) Lm 負(fù)載，可以保證在任何負(fù)載情況下都能工作在零電壓開(kāi)關(guān)狀態(tài)下。 雖然理論上， LLC 半橋諧振電路可以在全負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)通，但是還是要考慮諧振電路工作情況，比如增益、諧振頻率。但是，對(duì)于前級(jí)連接 PFC 的 LLC 諧振電路來(lái)說(shuō)，這個(gè)缺點(diǎn)可以忽略。因?yàn)?LLC 諧振電路的輸入直流電壓此時(shí)為 400VDC 左右，是一個(gè)比較窄的范圍，即使真正的輸入電壓為寬范圍電壓（ 90VAC ~ 264VAC）。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(guò)調(diào)整頻率來(lái)調(diào)整輸出電壓，提高頻率以響應(yīng)輸出功率降低的需求；或者通過(guò)提高輸入直流電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)電路工作在輕載模式。 LLC 諧振電路輸出電壓調(diào)整主要通過(guò)改變諧振腔輸入方波開(kāi)關(guān)頻率。全諧振變換器的諧振元件一直諧振工作，而準(zhǔn)諧振變換器的諧振元件只參與能量變換的 某一個(gè)階段，不是全程參與。下圖 8為 LLC 半橋諧振電路在 T5~ T6 工作階段各個(gè)元器件工作狀態(tài)。諧振電感電流開(kāi)始從輸入端經(jīng) Q1 流向地。這個(gè)階段隨著 Q2關(guān)斷而結(jié)束。事實(shí)上， LLC 半橋諧振電路克服了串聯(lián)諧振電路輕載輸出調(diào)整差的缺點(diǎn)，即使在沒(méi)有任何負(fù)載的情況下也可實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)，這對(duì) DC/DC 電路的效率提高做出很大貢獻(xiàn)。并且使電路工作在負(fù)載獨(dú)立工作點(diǎn)附近有利于 LLC 諧振電路設(shè)計(jì)優(yōu)化。 串聯(lián)諧振由于是串聯(lián)分壓方式，其直流增益總是小于 1，類似 BUCK 變換器；輕載時(shí)為穩(wěn)住輸出電壓，必須提高開(kāi)關(guān)頻率，在輕載或空載的情況下，輸出電壓不可調(diào)，輸入電壓升高使系統(tǒng)的工作頻率將越來(lái)越高于諧振頻率，而諧振頻率增加，諧振腔的阻抗也隨之增加，這就是說(shuō)越來(lái)越多的能量在諧振腔內(nèi)循環(huán)而不傳遞到副邊輸出；但在負(fù)載串聯(lián)諧振中，流過(guò)功率器件的電流隨著負(fù)載變輕而減小，使通態(tài)損耗減小。第二，它可以在整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)零電壓切換（ ZVS）。是他們?cè)谖耶厴I(yè)的最后關(guān)頭給了我們巨大的幫助與鼓勵(lì)， 給了我很多解決問(wèn)題的思路， 在此表示衷心的感激。沒(méi)有他們的幫助，我將無(wú)法順利完 成這次設(shè)計(jì)。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。 其次，我要感謝大學(xué)四年中所有的任課老師和輔導(dǎo)員在學(xué)習(xí)期間對(duì)我的嚴(yán)格要求，感謝他們對(duì)我學(xué)習(xí)上和生活上的幫助，使我了解了許多專業(yè)知識(shí)和為人的道理，能夠在今后的生活道路上有繼續(xù)奮斗的力量。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的作品成果。 文章第一部分總結(jié)了不同諧振變換器的優(yōu)缺點(diǎn)， 介紹了 LLC 型 諧振變換器的 原理，并對(duì) LLC 半橋諧振電路在各個(gè)時(shí)間周期的工作特性和原理進(jìn)行逐一闡述和分析。在 70W 500W 交流輸入電源中，由于 LLC 半橋 諧振轉(zhuǎn)換器 (效率通常在 90%以上 ) 的效率高于標(biāo)準(zhǔn)電源拓?fù)?，所以其運(yùn)用越來(lái)越廣泛。最后是要選擇具有 初級(jí)測(cè)電流監(jiān)測(cè)功能的 LLC 半橋諧振電路 PWM 控制芯片，這種芯片可以有效防止電路進(jìn)入容性區(qū)域 ，提高效率。這種變換有兩個(gè)諧振頻率。此階段 ,Lm 和 Lr、 Cr一同參加諧振。 上海交通大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 第二章 LLC 半橋諧振電路原理 ~ 10 ~ 圖 26 T3~T4 工作階段 Operation at T3~T4 ? T4~ T5: Q1 關(guān)斷， Q2 關(guān)斷；此時(shí)為半橋電路死區(qū)時(shí)間。 本章小結(jié) 本章比較了不同諧振電路，分析了 LLC 半橋 諧振電路在各個(gè)時(shí)間的工作特性和狀態(tài)，闡述了 LLC 諧振變換器的工作原理和工作過(guò)程，說(shuō)明 LLC 諧振變換器是一種具有布線簡(jiǎn)單、成本低、性能穩(wěn)定和可靠性高的優(yōu)點(diǎn) 。確保了 LLC 諧振電路工作在期望的區(qū)域，才能保證 MOSFET 實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)通。因?yàn)?LLC 諧振電路的輸入直流電壓此時(shí)為 400VDC 左右，是一個(gè)比較窄的范圍，即使真正的輸入電壓為寬范圍電 壓（ 90VAC 上海交通大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 第三章 LLC 半橋諧振電路簡(jiǎn)化建模 ~ 16 ~ ~ 264VAC）。因此，有前級(jí) PFC 的 LLC 諧振電路可以工作在負(fù)載獨(dú)立工作點(diǎn)上。 頻率設(shè)置優(yōu)化 LLC 諧振電路輸出電壓調(diào)整主要通過(guò)改變諧振腔輸入方波開(kāi)關(guān)頻率。值得慶幸的是，這個(gè)負(fù)載獨(dú)立工作點(diǎn)出現(xiàn)在期望的電壓增益曲線的感性工作區(qū)，這時(shí)諧振腔的電流滯后于輸入方波電壓，實(shí)際上，這是 LLC 半橋諧振電路中 MOSFET 實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)通的必要條件。而諧振變換器又分為全諧振變換器，準(zhǔn)諧振變換器，零開(kāi)關(guān) PWM 變換器和零轉(zhuǎn)換PWM 變換器。此階段隨著諧振電感 Lr 電流變?yōu)榱愣Y(jié)束，重復(fù) T0~ T1 狀態(tài)。 圖 25 T2~T3 工作階段 Operation at T2~T3 ? T3~ T4:此階段始于諧振電感 Lr 電流變負(fù)為正， Q1開(kāi)通、 Q2 關(guān)斷，和 T2~ T3階段一樣。在此階段，變壓器漏感不參加諧振， Cr、 Lr 組成了諧振頻率，輸出能量來(lái)自于 Cr和 Lr。盡管這三種諧振電路都有各自的缺點(diǎn)，但是通過(guò)它們?nèi)?可以得出總結(jié)：第一，諧振電路都有兩個(gè)諧振頻率，通常工作在較高的那個(gè)諧振頻率電路的效率更高；第二，為了確保功率器件零電壓開(kāi)通，諧振電路工作需工作在直流特性的下降段。同時(shí)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(fù)載獨(dú)立工作點(diǎn)。諧振網(wǎng)絡(luò)通常由多個(gè)無(wú)源電感或電容組成，由于元件個(gè)數(shù)和連接方式上的差異，按不同諧振方式可分為串聯(lián)諧振變換器、并聯(lián)諧振變換器以及兩者 結(jié)合產(chǎn)生的串并聯(lián)諧振變換器。首先，它可以在 輸入和 負(fù)載 大范圍 變