LLC谐振电源如何实现ZVS应用及设计技巧

今天在进行《磁性元件与开关电源设计技术》企业内训时;在开关电源设计技术-LLC设计调试技巧中对LLC的关键技术及易发生故障的状况进行了分析;

LLC谐振电源如何实现ZVS应用及设计技巧提供参考!

LLC谐振变换器的优势!电路分析架构如下：

第一，电路结构相对简单，有较高的效率。

第二，它可以在整个运行范围内，实现零电压切换(ZVS)。所有寄生元件，包括所有半导体器件的结电容和变压器的漏磁电感和激磁电感，都是用来实现ZVS 的，ZVS的实现具备的参数特性如何分解;首先看看电路的工作机理：

LLC架构的稳压原理;将上述电路架构进行参数等效分析：

A.输入电压或负载(RL)变化时引起VR电压变化

Zc=1/sCr ZL=sLr s=2лf

B.回路中确定Cr&Lr的参数：上述等效电路通过改变频率使1/sCr+sLr(1/2лfCr + 2лfLr)与Rac的分压相应改变，最终维持负载电压不变，即VR不变

当上面是有固定输入的PFC电压设计时，系统的负载变化时会造成系统工作频率的变化，当负载增加时， MOSFET开关频率减小，当负载减小时，开关频率增大。

其电路的特点：

1.LLC 谐振变换器可以在宽负载范围内实现零电压开关。

2. 能够在输入电压和负载大范围变化的情况下调节输出，同时开关频率变化相对很小。

3. 谐振变换器采用频率控制，上下管的占空比各近似为50%.电路工作没有偶次谐波分量，有好的EMI特性。

4. 无需输出电感，可以进一步降低系统成本。

5. 对于低压大电流设计如果输出采用同步整流MOS，可以进一步提升效率。

设计中对于谐振电容的最小值要求：

Cr电容充当直流电源：存储能量足以支撑Q2导通期间为负载提供能量

满载功率为Pomax，最大输入电压Vinmax，电容存储的能量=直流电源的在Q1导通期间提供能量满足如下公式要求：

Cr最小容值满足：

通过对LLC变换器ZVS状态下的模态分析：

在开关管关断时刻，谐振槽路存储的磁能必须大于两个开关管输出电容完成一次充、放电所需的电能，表示为：

式中Imoff是Q1关断时刻磁化电感Lm的电流;节点Va处的总电容Czvs

为了防止直通现象，需要在两个驱动信号之间增加一个死区时间Td，确保一个开关管彻底关断后才允许另一个开关管开启!