电源提示：设计 LLC 谐振半桥电源转换器

与传统的脉宽调制 (PWM) 电源转换器不同，谐振转换器的输出电压通过频率调制进行调节。因此，谐振转换器的设计方法将不同于 PWM 转换器。

LLC 谐振转换器透过设计电路产生谐振的方式，实现功率开关元件的软切换，能显著的提升转换器效率，因此广受业界喜爱。但你是否也觉得 LLC 谐振转换器的补偿难以调整，Transient Response 太慢？系统频宽太低？单纯的电压回授已经无法满足设计需求，但是受限于 LLC 无法使用峰值电流模式控制，没办法设计更优化的回授与补偿器？

LLC 在运作上使用固定 Duty 的脉冲讯号驱动全桥或半桥谐振电路，透过改变开关的频率来改变变压器的增益。在控制方式上，单电压环的LLC 控制已经是成熟的主流技术，透过比较输出电压与参考电压的方式变更工作频率，可以稳定的运作LLC 转换器，但其缺点也十分明显：无法及时反应输入电压变化、对应输出电流变动时恢复稳态电压的响应速度慢、系统频宽较低等。

为了改善上述的缺点，最佳的办法就是将电流也纳入控制环路中。这在学界与业界皆有相关的研究，目前的电流控制方式已经有很多选择。但是类比的 LLC 控制 IC 大都还是单电压控制，或者只能实现其中某一种控制方式，这时便可以看到全数控制的电源转换器的优势。

LLC谐振半桥变换器可以在宽电压范围内全负载条件下实现软开关，在整个工作过程中，实现初级MOSFET的零电压开关（ZVS）和次级整流二极管零电流开关（ZCS）。因此可以达到较高的效率和功率密度，而且在负载和输入电压范围变化较大的情况下，其开关频率变化较小。

在各种类型的谐振转换器中，图 1 中的 LLC 串联谐振转换器 (LLC-SRC) 因其更好的输出调节、更低的循环电流和更低的电路成本而备受关注。

图 1：具有交流输入/输出电压的 LLC-SRC

串联谐振特性允许 DC/DC LLC-SRC 中的开关网络（如图 2 所示）具有非常宽的零电压开关 (ZVS) 区域；因此，LLC-SRC 可以在前端电源应用中轻松实现超过 94% 的效率，并在高开关频率下工作。

图 2：LLC 谐振半桥转换器

与 PWM 转换器的设计过程类似，设计 LLC-SRC 的第一步是选择满载时所需的工作频率。其余步骤不同，因为谐振转换器中没有占空比因数。LLC-SRC 中的占空比保持不变，理想情况下为 50%。图 3 显示了来自TI 电源设计研讨会主题“设计 LLC 谐振半桥电源转换器”的 LLC-SRC 设计流程图。

图 3：LLC 谐振半桥转换器设计流程图

请注意，M g是直流电压增益，L n是 L m和 L r的比值，品质因数定义为公式 1：

此外，f n是定义为 f n = f sw /f o的归一化频率，其中

M g /Q e和 M g /f n图表中的增益曲线来自图 1 所示的 LLC 谐振回路，它也是 LLC 谐振半桥转换器的线性化电路。

图 3 提供了 LLC 谐振半桥转换器的简单电路参数选择过程。通过检查增益曲线上的 f n_min、 f n_max位置，您将能够在所有输入条件下在开关网络上设计具有 ZVS 的高效 LLC 谐振半桥转换器。

在设计 LLC 谐振半桥转换器时，请记住：

· f n_min需要始终高于 M g /f n图表中的增益曲线的脊。这是为了确保 MOSFET 保持 ZVS。

· LLC-SRC 效率只能在一个操作点进行优化。当f sw = f o时，串联L r和C r变为零阻抗（图4）；转换器在这一点上具有最佳效率。您需要确定要优化的线路/负载条件，并确保您的开关频率在该条件下处于谐振频率。

图 4：当 f sw = f o时具有交流输入/输出电压的 LLC-SRC