【正文】 圖 42工作頻率范圍（左）和波形圖（右） （當(dāng) fminfr2） operation range (left) and waveform (right) (when fmin fr2) 從波形圖可以看出當(dāng)最低工作頻率（ fmin）遠(yuǎn)離第二諧振頻率（ fr2）時(shí)， MOSFET在每個(gè)開關(guān)周期都可以實(shí)現(xiàn)零電壓開通，這樣大大降低了 MOSFET 的功耗。 t2~t3: 此階段諧振電流反向以恢復(fù)下管體二級(jí)管 , 電路的工作頻率還是在第二諧振頻率 fr2 附近。工作頻率由 Cr、 Lr決定。下面例舉一個(gè) 980W 用于上海交通大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 第四章 LLC 半橋諧振電路優(yōu)化方案 ~ 19 ~ Server 的 LLC半橋諧振電路設(shè)計(jì) , LLC 諧振電路的輸入電壓為 400V（ PFC 輸出電壓），輸出電壓（電流）為 12V (80A) ： ? 優(yōu)化前： 如果將最低工作頻率（ fmin）設(shè)置在接近于第二諧振頻率（ fr2），甚至比 fr2 更低。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。 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關(guān)頻率。 本章小結(jié) 本章通過(guò)對(duì) LLC 半橋諧振電路的簡(jiǎn)化，用角頻率、輸出阻抗、激磁電感表達(dá)其傳遞上海交通大學(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 ~ 17 ~ 函數(shù)。 上圖中的紅色曲線為 LLC 諧振電路無(wú)負(fù)載時(shí)的曲線 ? ???? nfM ； 此時(shí)可以將公 33變化為： 2nnfλλ11Q)λ ,M(f??? 公式 34 由于 λ 相對(duì)于 2nf 可以忽略不計(jì)，那么 ?M 就可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化為如下公式 35： λ1 1Q)λ ,M( fM n ???? 公式 35 結(jié)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，這樣就有可能使電路工作 在無(wú)負(fù)載情況下。從上圖10 中也可以看出，輸入直流電壓范圍越寬，其開關(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)。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)零電壓開通的必要條件。 頻率比 fn 電壓增益特征函數(shù)M 邊界區(qū) 感性區(qū) 容性區(qū) 負(fù)載獨(dú)立 工作 點(diǎn) 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 ~ 15 ~ 圖 32 LLC諧振電路增益圖 ratio of LLC resonant halfbridge 從上圖中可以看出，當(dāng)電路工作在感性區(qū)域時(shí)（藍(lán)色部分）， fn1（即開關(guān)頻率大于 fr1）；當(dāng)電路工作在容性區(qū)域時(shí)（黃色部分）， fn1（即開關(guān)頻率小于 fr1）；當(dāng)電路工作在邊界區(qū)域時(shí)（黑色粗體虛線），這是電路工作在容性區(qū)域還是感性區(qū)域取決于負(fù)載情況。重載時(shí)接近于串聯(lián)諧振，而隨著負(fù)載的減輕越來(lái)越接近于并聯(lián)諧振。全諧振變換器主要由開關(guān)網(wǎng)絡(luò)和諧振槽路組成，它使得流過(guò)開關(guān)管的電流變?yōu)檎叶皇欠讲?，然后設(shè)法使開關(guān)管在某一時(shí)刻導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)零電壓或零電流開關(guān)。而諧振變換器又分為全諧振變換器，準(zhǔn)諧振變換器，零開關(guān) PWM 變換器和零轉(zhuǎn)換PWM 變換器。最早的軟開關(guān)技術(shù)是采用有損緩沖電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于普通的拓?fù)涠?，在開關(guān)管開關(guān)時(shí)，MOSFET 的 DS 間的電壓與電流產(chǎn)生交疊，因此產(chǎn)生開關(guān)損耗。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。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 26 T4~T5工作階段 Operation at T4~T5 ? T5~ T6: Q1關(guān)斷， Q2導(dǎo)通。在此期間，變壓器二次側(cè)跟 T1~ T2 階段一樣，脫離初級(jí)側(cè)。隨著Q1 關(guān)斷， T3~ T4 階段結(jié)束。 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 開通、 Q2 關(guān)斷，和 T2~ T3階段一樣。變壓器漏感（ Lm）在此階段被持續(xù)充電。下圖 4為 LLC 半橋諧振電路在 T1~ T2 工作階段各個(gè)元器件工作狀態(tài)。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。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。通過(guò)選擇合 適的諧振參數(shù)，可以讓 LLC 諧振變換無(wú)論是負(fù)載變化或是輸入電壓變化都能工作在零電壓工作區(qū)。負(fù)載加重，諧振頻率將會(huì)升高。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。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通，諧振電路工作需工作在直流特性的下降段。但是，它們都不適合應(yīng)用于開關(guān)頻率高和效率高的場(chǎng)合。下一章將對(duì)本實(shí)驗(yàn)板，驗(yàn)證理論分析和設(shè)計(jì)的正確性 。 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) 。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)。具體研究了 LLC 諧振電路的優(yōu)化方案，并從 4個(gè)不同方面提出具體改進(jìn)措施。 上海交通大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 第一章引言 ~ 2 ~ 課題研究?jī)?nèi)容與任務(wù) 課題研究?jī)?nèi)容 本論文的主要研究的內(nèi)容如下： 分析 LLC 半橋諧振電路的工作原理和不同周期電路工作狀態(tài)； 采用數(shù)學(xué)建模方式，建立 LLC諧振器的分析模型，然后利用該模型分析和總結(jié)設(shè)計(jì)要素； 提出 LLC 半橋諧振電路優(yōu)化方案 ，并通過(guò)試驗(yàn)論證方案； 在進(jìn)行 90W 電腦適配器的實(shí)際項(xiàng)目中，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，系統(tǒng)由兩級(jí)構(gòu)成，第一級(jí)為基于 L6563 芯片的 PFC 電路，第二級(jí)為基于 L6599 芯片的 LLC 半橋諧振電路； 90W 電腦適配器整機(jī)性能測(cè)試，并且比較分析與市場(chǎng)上同類產(chǎn)品應(yīng)用不同拓?fù)潆娐方Y(jié)構(gòu)式的性能； 課題研究任務(wù) 通過(guò)反復(fù)驗(yàn)證總結(jié)優(yōu)化方案，為項(xiàng)目提供理論基礎(chǔ)及實(shí)踐論證；本人通過(guò)參與 90W電腦適配器項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與測(cè)試，做到掌握 LLC 半橋諧振電路的工作原理和優(yōu)化設(shè)計(jì)，并參與測(cè)試 90W 適配器的整機(jī)性能，協(xié)助測(cè)試和分析在市場(chǎng)上同類 適配器應(yīng)用不同電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的系統(tǒng)性能。 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)。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。 關(guān)鍵詞： LLC, 半橋諧振電路 , MOSFET, 軟開關(guān)上海交通大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 ABSTRACT ~ II ~ Design and Application of LLC Half bridge Resonant Circuit ABSTRACT Modern switching power demands power supply with high power density, smooth EMI signal, and high efficiency, less external ponents. Although there are variable DCDC topology in this field, LLC half bridge resonant circuit has unique advantages because of its ZVS (Zero Voltage Switching) feature. As for other normal resonant circuit, LLC resonant circuit has lots of virtue. Firstly, LLC resonant circuit is able to adjust output when input voltage and output load change in wide range. Meanwhile its switching frequency has little change pares to other normal resonant circuit. Secondly, LLC resonant circuit is able to achieve ZVS within whole operation range. Lastly, in LLC resonant circuit, all the ponents are to achieve ZVS, including all capacitor, leakage inductor and ma gizing inductor of transformer. In this article, different resonant circuits are contrasted and main advantages of LLC resonant circuit es out through the parison. Then through 90W adaptor project, the optimization proposals are verified in experiment by testing whole board. There are two stages in 90W adaptor, first stage is PFC circuit based on L6563, and second stage is LLC half bridge resonant circuit based on L6599. First part of this article is to conclude virtue and defect of different reso nant circuit and introduce the principle. The working feature and principle are explained one by one when circuit working in different period. In second part of this article, LLC half bridge resonant circuit simplification and model build are introduced. Through conversion ratio of LLC resonant circuit, the main design key points are concluded. Some optimization proposals are 上海交通大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 ABSTRACT ~ III ~