半桥LLC谐振转换器的配置与特性讲解

等离子和液晶电视如今已经走入了千家万户，这两种电器的开关电源设计比较特殊，只能采用有源或者无源PFC模式，并且需要能够长时间在无散热通风的环境下工作。这就要求电源不仅要拥有高功率密度和平滑的电磁干扰信号，还要尽量少的使用元器件。而在这些方面，半桥LLC谐振转换器拥有诸多的优势。

半桥LL谐振电容和谐振电感的配置

单谐振电容和分体谐振电容都存在于半桥转换器当中。如图1所示。对于单谐振电容配置而言，它的输入电流纹波和均方根(RMS)值较高，而且流经谐振电容的均方根电流较大。这种方案需要耐高压(600~1,500V)的谐振电容。不过，这种方案也存在尺寸小、布线简单等优点。

(a)单谐振电容;(b)分体谐振电容。

图1：半桥LLC转换器的两种不同配置

分体谐振电容相较于单个谐振电容而言，其输入电流纹波和均方根值较小。谐振电容仅处理一半的均方根电流，且所用电容的电容量仅为单谐振电容的一半。当利用钳位二极管(D3和D4)进行简单、廉价的过载保护时，这种方案中，谐振电容可以采用450V较低额定电压工作。

顾名思义，半桥LLC转换器中包含2个电感(励磁电感Lm和串联的谐振电感Ls)。根据谐振电感位置的不同，谐振回路也包括两种不同的配置，一种为分立解决方案，另一种为集成解决方案。这两种解决方案各有其优缺点，采用这两种方案的LLC的工作方式也有轻微差别。

将谐振电感安装在变压器外面是有目地的。其能够帮助设计者提高设计的灵活性，令设计人员可以灵活设置Ls和Lm的值;此外，EMI幅射也更低。不过，这种解决方案的缺点在于，变压器初级和次级绕组间的绝缘变得复杂，并且绕组的冷却条件变差，并需要组装更多元件。

(a)分立解决方案;(b)集成解决方案。

图2：谐振储能元件的两种不同配置

在另一种集成的解决方案中，变压器的漏电感被用作谐振电感(LLK=LS)。这种解决方案只需1个磁性元件，而且会使得开关电源的尺寸更小。此外，变压器绕组的冷却条件更好，且初级和次级绕组之间可以方便地实现绝缘。不过，这种解决方案的灵活性相对较差(可用的LS电感范围有限)，且其EMI幅射更强，而初级和次级绕组之间存在较强的邻近效应。半桥LLC转换器建模和增益特性

LLC转换器可以通过一阶基波近似来描述。但只是近似，精度有限。而在Fs频率附近精度达到最高。

等效电路的传递函数为：

这其中，Z1和Z2与频率有关，由此可知LLC转换器的行为特性类似于与频率有关的分频器，负载越高，励磁电感Lm所受到的交流电阻Rac产生的钳位作用就越大。这样一来，LLC储能电路的谐振频率就在Fs和Fmin之间变化。在使用基波近似时，实际的负载电阻必须修改，因为实际的谐振回路是由方波电压驱动的。

相应地，转换器的品质因数为：

串联谐振频率Fs和最小谐振频率Fmin分别为：

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