使用LLC 谐振拓扑降低了开关损耗，提高了电源的工作效率

在当前的全球能源危机中，重点是效率，电子产品正面临着在提供高性能的同时降低功耗的艰巨挑战。由于这场危机，世界各地的各种政府机构已经或正在寻求提高其各自规格中众多产品的效率标准。使用传统的硬开关转换器将难以满足这些效率规范。电源设计人员将需要考虑软开关拓扑以提高效率并允许更高频率的操作。

一种这样的拓扑是 LLC 谐振转换器。LLC 谐振拓扑允许主开关的零电压开关，从而显着降低开关损耗并提高效率。使用 LLC 谐振转换器可实现 93% 至 96% 的效率。本文将描述 LLC 谐振拓扑的操作，并说明如何实现如此高的效率。

谐振转换器已经存在了很长时间。然而，直到现在，随着控制器变得越来越可用，他们才看到越来越多的接受度，并且绝对需要提高效率。或许了解 LLC 谐振转换器的最佳方式是首先研究传统的串联谐振转换器。

串联谐振转换器显示为半桥配置。在离线应用中，Vin 通常是大约 400 V 的上游功率因数校正 (PFC) 电路的输出。谐振网络由 Lr 和 Cr 组成。变压器的初级电感被认为大到不会影响谐振网络。它被称为串联谐振转换器，因为负载电阻以及整流器和滤波电路的影响可以通过变压器的匝数比反射回初级电路。该动作有效地将负载与谐振网络串联。谐振网络和反射负载电阻形成分压器。回想一下，在一般的串联谐振电路中，谐振网络的阻抗在谐振频率处最小。

由于转换器是通过频率调制来控制的，因此谐振网络的阻抗将通过响应负载变化而改变开关频率来改变。因此，可以通过改变谐振回路的阻抗来调节输出电压。例如，如果负载电流增加，输出电压将有降低的趋势。反馈电路将感测到这种降低并将转换器的开关频率移向谐振，从而使施加到谐振网络的更多电压将通过负载下降，从而增加输出电压。

相反，如果负载电流减小，则反馈电路将使频率远离谐振，从而使更多的电压在储能电路上下降。转换器用作分压器这一事实意味着转换器的动力系统中可以实现的最大增益为 1。串联谐振转换器的优势在于它可以对的主开关 Q1 和 Q2 进行零电压。这提高了转换器的效率，特别是在使用更高的开关频率时。

此外，当在谐振频率附近运行时，功率将以正弦方式通过动力传动系进行处理 。串联谐振转换器的增益特性。请注意，串联谐振转换器以及 LLC 将在谐振以上运行。高于谐振时，初级电流滞后于施加的电压，并允许 Q1 和 Q2 进行零电压切换。

串联谐振转换器的缺点之一，随着负载的降低，Q 值降低，结果是频率需要显着增加以保持输出稳定。维持输出调节的大频率变化成为串联谐振转换器的一个严重缺点。事实上，在无负载条件下，需要无限频率才能使输出电压保持稳定。

虽然串联谐振转换器通过零电压开关提供了提高效率的优势，但维持调节的大频率变化以及在空载条件下无法调节的情况凸显了对更好的东西的需求。LLC 谐振转换器克服了串联谐振转换器的缺点。

LLC 谐振转换器在示意图上看起来与串联谐振转换器非常相似。主要区别在于，在串联谐振转换器中，变压器的初级电感非常大，以至于没有考虑到谐振网络的特性。然而，在 LLC 转换器中，变压器的初级电感值减小，因此它现在会影响谐振网络。事实上，LLC 谐振转换器有两个谐振频率。

LLC 转换器的优势立即显现出来。当转换器以较高的谐振频率 fo 运行时，通常情况下，所有负载 (Q) 曲线都会收敛。这意味着对于极宽的负载范围，频率变化非常小。事实上，LLC 转换器即使在空载条件下也可以保持输出电压稳定。此外，请注意，在 fo 处，LLC 转换器的动力系统表现出大于 1 的增益。换言之，LLC 谐振转换器克服了串联谐振转换器的缺点。

如上所述，LLC 谐振转换器的初级电感值较低会影响谐振网络。谐振电感可以由变压器的漏感组成。在许多情况下，这消除了另一个磁性元件，从而节省了成本和印刷电路板空间。

尽管向谐振网络施加方波电压，但谐振网络的滤波作用迫使通过网络的电流呈正弦曲线。这意味着功率被正弦处理。由于只需要考虑基频，因此可以大大简化数学分析。在图 6 中，分析电路时考虑了初级侧和次级侧的漏感。如果假设初级侧漏感等于反射的次级侧漏感，则可以进一步简化电路。

请注意，FET 漏极电流 Ids2 在变为正之前摆动为负。负电流表示体二极管导通。当 FET 的体二极管导通时，FET 漏源极两端的电压(二极管压降)非常小。FET 在体二极管导通期间被激活，从而导致零电压开关并大大降低了开关损耗。可以达到 90 年代中期的转换器效率。还要注意正弦初级电流。正弦波形将导致 EMI 特征降低。

随着电子产品的效率变得越来越重要，需要考虑替代电源拓扑。通过零电压开关和正弦电流波形降低 EMI 大大提高了效率，LLC 谐振转换器可以成为许多应用的绝佳拓扑选择。