LLC分析及其设计方法

LLC基波分析法

FHA(First harmonic approximation)：一次谐波近似原理，也称为基波分析法。该原理是假设能量的传输只与谐振回路中电压和电流傅立叶表达式中的基波分量有关

LLC谐振技术学习难点

LLC谐振技术的学习渠道和资料相当有限

市场没有完整教学书籍、视频教程

互联网学习资源也有限

如何系统学习LLC

了解半桥串联谐振软开关：半桥LLC的等效模型、半桥LLC的基本稳压原理、f=fr1时的工作过程详细与原边ZVS副边ZCS的实现、fr2 < f < fr1 时的工作过程详细解析与原边ZVS副边ZCS的实现、f > fr1时的工作过程详细解析与原边ZVS的实现

LLC电源谐振腔元器件的计算与推导：谐振腔等效电路详细解析、LLC基波分析法(FHA)的详细解析、谐振腔增益公式的解析、谐振腔原边等效电阻Rac的推导、谐振腔Q值的推导、谐振腔最高频率于最低频率的计算、谐振电容的容量计算、谐振电感的感量计算、变压器的感量计算、谐振电流的峰值有效值的推导计算、励磁电流的峰值电流有效值的计算、变压器副边电流的峰值有效值的推导计算、谐振电容的电压峰值的推导计算

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半桥LLC的原理图设计：LLC前级电路的设计、芯片选型、芯片datasheet讲解、芯片外围电路的设计、驱动电路的设计、Vcc电路的设计、保护电路的设计、LLC后级电路的设计、反馈电路的设计

半桥LLC的layout设计：半桥LLC元器件封装的选取、功率元器件的布局、关键高频干扰回路的布局布线、地线、Layout与生产工艺

开关电源的优势就是把直流电压(交流输入也是先进行整流)经过高频开关进行高频逆变，方便我们使用高频变压器或者高频电感进行电压、电流的变换。经过高频化处理以后，磁性元件就会变得很小，电容的纹波电流也会变得很小，所以电源的发展趋势就是集成小型化，现在看到的开关电源，在体积重量还有成本方面，都全面超越了老式的电源。

随着技术的进一步提高，各种电子设备，对开关电源的体积性能有了越来越高的要求，然后人们就开始研究消除或者减小开关损耗的方法。出现了各种各样的技术，比如有源钳位、准谐振技术、移相全桥、谐振开关电源，但是应用最广泛的还是LLC结构的谐振式开关电源。

我们把LLC和平常的电路进行比较就很容易发现LLC电路的原理就是利用电抗(阻抗，感抗，容抗)来进行分压，因为感抗，容抗的大小都是频率f的函数，所以随着频率的变化，感抗、容抗的大小就会跟随着变化，励磁电感上的交流分压可以由驱动频率来进行调整，传输到次级经过整流，就是我们需要的输出电压了。

至于ZVS(零电压导通)，是利用了交流电路里面电流电压之间，相位角会随着频率发生变化这一特性，如果始终保证LLC谐振腔工作在感性区域，那么我们就始终保证了谐振腔电流滞后于电压一定的相位角。

LLC最大的好处就是实现了ZVS(零电压开通)，在大部分工作频率上，实现了ZCS(零电流关断)，相较于我们之前所说的Buck、Boost、Forward这些传统的PWM模式峰值电流管段关断损耗低了非常多。

这样做的好处是：

频率可以跑的很高，4000W等级的工业电源，谐振频率120K，最高频率300K，这也是很普通的参数，但是电源整体体积还是小了不少。频率高了磁性元器件体积就小了，电解电容也可以用的小一些。

效率高，交叉损耗小了很多，效率自然就提高了，效率高了，散热片体积也变小很多，所以就可以做到小体积大功率的开关电源。

LLC谐振转换器(Resonant Converter)是一种软开关电源拓扑，它通过在功率转换阶段引入谐振现象来实现高效率和高功率密度。下面详细探讨LLC转换器的优点和缺点：

优点

高效率：LLC转换器的主要优势之一是其能够实现零电压开关(ZVS)或零电流开关(ZCS)，这大大减少了开关器件的开关损耗，从而提高了整体效率。

低电磁干扰(EMI)：由于采用了软开关技术，开关器件的dV/dt和di/dt较低，这有助于减少电磁干扰，使LLC转换器适合对EMI要求严格的应用。

宽输入电压范围：LLC转换器可以在较宽的输入电压范围内正常工作，这使得它们非常适合于需要应对电压波动的应用场合。

输出电压调节能力强：通过改变工作频率，LLC转换器可以实现对输出电压的精确控制，即使在负载变化较大的情况下也能保持稳定。

LLC电源的缺点包括：

仅在谐振点附近效率较高：LLC变换器只在谐振点附近效率较高，不适用于宽输入电压范围。

对输入输出变动范围的要求：LLC电源要求输入输出变动范围不大，这在一定程度上制约了其在一些应用中的使用。

失谐的影响：受失谐影响，MOSFET中可能会流过直通电流，导致开关损耗增加。

电路设计复杂度：相比于简单的全桥LLC，半桥LLC的电路设计更为复杂，可能对成本和可靠性产生不利影响。

LLC是否适合做恒流输出?

PWM的控制器输出电压可调节范围可以做到很宽，只要供电正常，IC就能做到输出电压范围很宽的电源，这对于做恒流款电源而言具有很大优势;

LLC是PFM控制方式的，只能通过更改频率实现输出电压的变化，由增益曲线图可以知道增益变化范围相对很小，要实现宽电压范围的输出特性不好实现，输出电压越低，工作频率越高，从而开关损耗、磁芯损耗都会加剧。

因此到了一定程度下只能通过限制IC的最高工作频率而通过跳周期方式来降低增益，这样就增加了环路调节的难度，跳周期纹波不好控制，性能也不是最优，因此LLC不适合太宽范围的恒流输出。

满足ZVS的两个必要条件是什么?

ZVS前提就是电压超前于电流，所以要满足LLC整个负载范围内都处于感性区域，这是最基本的一个条件，还有一个条件往往被忽视。

要实现开关管的ZVS，励磁电感峰值电流im必须在死区时间内让即将开通开关管的结电容放电，直至电量放完，电压降到零，而已关断的开关管则同时将其结电容充电到输入电压。

因此，两个功率开关管要实现ZVS，应满足如下的励磁电感峰值电流Ipk与死区时间的关系。