电源提示：为什么我们的 LLC 谐振转换器频率偏高

随着开关电源的发展，软开关技术得到了广泛的发展和应用，已研究出了不少高效率的电路拓扑，主要为谐振型的软开关拓扑和PWM型的软开关拓扑。近几年来，随着半导体器件制造技术的发展，开关管的导通电阻，寄生电容和反向恢复时间越来越小了，这为谐振变换器的发展提供了又一次机遇。对于谐振变换器来说，如果设计得当，能实现软开关变换，从而使得开关电源具有较高的效率。LLC谐振变换器实际上来源于不对称半桥电路，后者用调宽型(PWM)控制，而LLC谐振是调频型（PFM）。

LLC谐振变换器因其能够在宽输入和负载变化下工作而在工业应用中获得很多关注。在传统的PWM转换器中，功率开关以硬开关模式工作，具有高开关损耗和电磁干扰（EMI）。但在LLC谐振变换器中，开关管可以通过零电压开关（ZVS）导通，输出整流二极管也可以通过零电流开关（ZCS）关闭，从而最大限度地减少损耗。因此高频、高功率密度、高效率变换器变得可行。

我们是否想过为什么在某些设计中测得的 LLC 串联谐振转换器 (LLC-SRC) 的开关频率 (f sw ) 与我们的计算相差甚远？

为了理解这种差异的原因，让我们从一个基本的隔离式 LLC-SRC 开始，如图 1 所示。一个基本的隔离式 LLC-SRC 由一个半桥（S 1、S 2）、一个谐振电容器（C r）、一个谐振电感（L r）和一个理想变压器（L m作为磁化电感）。大多数 AC/DC 电源设计人员使用正弦近似对这种基本隔离式 LLC-SRC 进行线性化，以获得输入至输出电压增益并预测不同条件下的开关频率。当 f sw接近较高的谐振频率（fr=1/(2π(L r C r) 0.5 )。

图 1：基本隔离式 LLC 串联谐振转换器

但是，我们可能会注意到，在我们的某些设计中，测得的开关频率与使用上述线性化过程的计算结果相差甚远。那么为什么计算结果和测量结果之间仍然存在差异呢？

如果我们仔细检查线性化过程的假设，我们会注意到它假设一个没有漏感的理想变压器。因此，考虑到实际变压器中不可避免的漏感，我们的测量和计算之间将存在差异。当使用单个集成变压器（例如变压器漏感）作为谐振电感L r时，差异显着增加，因为变压器的磁化电感不再远大于其漏感。要解决此问题，我们需要使用如图 2 所示的变压器模型来改造变压器。

图 2：具有集成变压器的隔离式 LLC 串联谐振转换器

如果将输出绕组开路时变压器的初级电感定义为L p，将输出绕组短路时的变压器漏感定义为L lk ，则可以表示L m，L r1，L之间的关系p和 L lk如公式 1 至 3 所示。其中 k XFMR 是变压器耦合系数。

通过使用图 2 中的集成变压器模型和上面的方程，我们可以检查计算和测量之间的差异。

适用于消费电子产品的低压宽输入 LLC 谐振转换器（12V/10A）TI Designs 参考设计可在宽输入范围（100V AC至 132V AC）下运行，并包含一个集成变压器。为了保持良好的输出规定，参考设计中的 L p /L lk (86.9µH/22.3µH = 3.9) 比低于常见的离线 LLC-SRC 设计。低 L p /L lk比率使变压器远非理想，因此，此设计是一个很好的示例，可以说明如果在具有不良耦合变压器的 LLC-SRC 上使用图 1 中的模型，我们将获得多少差异。

图 3 显示了基于图 1 的计算结果（假设 L lk = L r和 L m = L p -L lk），以及图 2 的模型和测量结果。测试时 12V 输出负载 6A。

图 3：计算和测量的PMP8762开关频率之间的比较

如我们所见，使用图 1 中的变压器模型的计算结果与实际测量结果相差甚远。相反，通过使用图 2 中的适当变压器模型，计算结果更接近实际开关频率。

因此，下次开始 LLC-SRC 设计时，一旦我们决定使用具有良好耦合变压器或单个集成变压器的外部 L r，请务必使用正确的变压器模型。