半橋LLC轉換器建模和增益特性
 

LLC轉換器可以通過一階基波近似來描述。但隻是近似
，精度有限。而在Fs頻率附近精度達到最高。

等效電路的傳遞函數為：

 

這其中，Z1和Z2與頻率有關
，由此可知LLC轉換器的行為特性類似於與頻率有關的分頻器，負載越高

，勵磁電感Lm所受到的交流電阻Rac產生的鉗位作用就越大。這樣一來，LLC儲能電路的諧振頻率就在Fs和Fmin之間變化。在使用基波近似時，實際的負載電阻必須修改，因為實際的諧振回路是由方波電壓驅動的。

相應地，轉換器的品質因數為：

 

 

串聯諧振頻率Fs和最小諧振頻率Fmin分別為

圖1：標準化增益特性

 

LLC轉換器所需要的工作區域是增益曲線的右側區域(其中的負斜率意味著初級MOSFET工作在零電壓開關ZVS模式下)。當LLC轉換器工作在fs=1(對於分立諧振回路解決方案而言)的狀態下時，它的增益由變壓器的匝數比來給定。從效率和EMI的角度來講，這個工作點最具吸引力，因為正弦初級電流
、MOSFET和次級二極管都得到優化利用。該工作點隻能在特定的工作電壓和負載條件下達到(通常是在滿載和額定Vbulk電壓時)。
 

增益特性曲線的波形及所需的工作頻率範圍由如下參數來確定：Lm/Ls比(即k)、諧振回路的特征阻抗、負載值和變壓器的匝數比。可以使用PSpice、Icap4等任意仿真軟件來進行基波近似和AC仿真。
 

對於LLC諧振轉換器而言，滿載時品質因數Q和Lm/Ls的恰當選擇是其設計的關鍵。這方麵的選擇將影響到如下轉換器特性：

1、輸出電壓穩壓所需的工作頻率範圍

2
、線路和負載穩壓範圍

3
、諧振回路中循環能量的大小

4、轉換器的效率
 

在設計當中
，如果想要優化在滿載狀態時的Q和K，就要確定如下幾個因素：效率、線路、負載穩壓範圍。品質因數Q直接取決於負載
，它是由滿載條件下的諧振電感Ls和諧振電容CS確定的。Q因數越高
，就導致工作頻率範圍Fop越大。Q值較高及給定負載時
，特征阻抗就必須較低
，因為低Q會導致穩壓能力下降，且Q值很低的情況下LLC增益特性會退化到SRC。
 

而在k=Lm/Ls方麵，它決定了勵磁電感中存儲多少能量。k值越高，轉換器的勵磁電流和增益也就越低;且k因數越大
，所需的穩壓頻率範圍也就越大。

在實踐中
，Ls(如集成變壓器解決方案的漏電感)隻能在有限的範圍內取值，而且是由變壓器的構造(針對所需的功率等級)和匝數比決定。然後

，Q因數的計算由所需的額定工作頻率fs確定。這之後
，k因數也必須計算出來，以確保輸出電壓穩壓(帶有線路和負載變化)所需的增益。而在設定k因數時，可以讓轉換器在輕載時無法維持穩壓——可以方便地使用跳周期模式來降低空載功耗。

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半橋LLC諧振電容和諧振電感的配置
 

單諧振電容和分體諧振電容都存在於半橋轉換器當中。如圖1所示。對於單諧振電容配置而言，它的輸入電流紋波和均方根(RMS)值較高
，而且流經諧振電容的均方根電流較大。這種方案需要耐高壓(600~1,500V)的諧振電容。不過，這種方案也存在尺寸小、布線簡單等優點。

 

圖2：半橋LLC轉換器的兩種不同配置
 

分fen體ti諧xie振zhen電dian容rong相xiang較jiao於yu單dan個ge諧xie振zhen電dian容rong而er言yan，其qi輸shu入ru電dian流liu紋wen波bo和he均jun方fang根gen值zhi較jiao小xiao。諧xie振zhen電dian容rong僅jin處chu理li一yi半ban的de均jun方fang根gen電dian流liu，且qie所suo用yong電dian容rong的de電dian容rong量liang僅jin為wei單dan諧xie振zhen電dian容rong的de一yi半ban。當dang利li用yong鉗qian位wei二er極ji管guan(D3和D4)進行簡單、廉價的過載保護時，這種方案中，諧振電容可以采用450V較低額定電壓工作。
 

顧名思義
，半橋LLC轉換器中包含2個電感(勵磁電感Lm和串聯的諧振電感Ls)。genjuxiezhendianganweizhidebutong，xiezhenhuiluyebaokuoliangzhongbutongdepeizhi
，yizhongweifenlijiejuefangan，lingyizhongweijichengjiejuefangan。zheliangzhongjiejuefangangeyouqiyouquedian，caiyongzheliangzhongfangandeLLC的工作方式也有輕微差別。
 

將諧振電感安裝在變壓器外麵是有目地的。其能夠幫助設計者提高設計的靈活性，令設計人員可以靈活設置Ls和Lm的值;此外
，EMI幅fu射she也ye更geng低di。不bu過guo，這zhe種zhong解jie決jue方fang案an的de缺que點dian在zai於yu
，變bian壓ya器qi初chu級ji和he次ci級ji繞rao組zu間jian的de絕jue緣yuan變bian得de複fu雜za，並bing且qie繞rao組zu的de冷leng卻que條tiao件jian變bian差cha，並bing需xu要yao組zu裝zhuang更geng多duo元yuan件jian。

 

圖3：諧振儲能元件的兩種不同配置
 

在另一種集成的解決方案中，變壓器的漏電感被用作諧振電感(LLK=LS)。這種解決方案隻需1個ge磁ci性xing元yuan件jian
，而er且qie會hui使shi得de開kai關guan電dian源yuan的de尺chi寸cun更geng小xiao。此ci外wai，變bian壓ya器qi繞rao組zu的de冷leng卻que條tiao件jian更geng好hao

，且qie初chu級ji和he次ci級ji繞rao組zu之zhi間jian可ke以yi方fang便bian地di實shi現xian絕jue緣yuan。不bu過guo，這zhe種zhong解jie決jue方fang案an的de靈ling活huo性xing相xiang對dui較jiao差cha(可用的LS電感範圍有限)，且其EMI幅射更強，而初級和次級繞組之間存在較強的鄰近效應。

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