LLC谐振半桥的运作原理
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简介：
LLC谐振半桥电路是一种高效的软开关技术，在DC-DC变换器中广泛应用。其通过调节工作频率实现零电压开关，减少损耗，提高效率和可靠性。
随着开关电源技术的发展，软开关技术得到了广泛的应用和发展，并且已经研究出许多高效率的电路拓扑结构，主要包括谐振型软开关拓扑和PWM型（脉宽调制）软开关拓扑。近年来，半导体器件制造技术的进步使得功率管的导通电阻、寄生电容以及反向恢复时间都显著减小了，这为谐振变换器的发展提供了新的机遇。
对于LLC谐振变换器而言，在设计合理的情况下可以实现全负载范围内的高效运行，并且特别适合于轻载条件下的高效率要求。这种变换器起源于不对称半桥电路，但是采用了调频型（PFM）控制方式而非传统的PWM控制，这使得它能够在更宽的负载范围内保持高效的性能。
### LLC谐振半桥工作原理详解
#### 一、LLC谐振变换器的基本概念与原理
##### 1. 背景与意义
随着现代电力电子技术的发展和开关电源技术的进步，软开关技术成为了提高电源转换效率的关键手段之一。在众多的软开关技术中，LLC谐振变换器因其独特的性能优势而备受关注。它能够实现全负载范围内的高效运行，并且特别适合于轻载条件下的高效率要求。
##### 2. LLC谐振变换器概述
LLC谐振变换器是一种利用特定电路结构来实现软开关操作的电源转换技术，它基于不对称半桥电路发展而来，但采用了调频型（PFM）控制方式而不是传统的脉宽调制（PWM）控制。这种控制方法使得该变换器能够在较宽负载范围内保持高效运行，并且可以通过调节频率来调整输出电压。
##### 3. 工作原理
LLC谐振变换器的核心在于其独特的谐振网络，由一个激磁电感(Lm)、变压器漏感(Ls)，以及一个谐振电容(Cs)组成。在不同的工作阶段中，这些元件相互作用以实现软开关操作，从而降低开关损耗并提高整体效率。
- 在t1到t2时间段内：当S2关闭后，通过S1的寄生电容放电至零电压，之后体二极管导通；此期间Lm上的电压被输出电压钳位。
- t2至t3阶段：在S1处于零电压条件下开启时，变压器原边承受正向电压。此时D1继续导通而S2和D2截止；在此过程中仅有Ls与Cs参与谐振。
- 在t3到t4时间段内：当S1保持导通状态时，D1与D2关闭，副边电路脱离主回路连接；此阶段中激磁电感、漏感及谐振电容一起工作于谐振模式下。由于实际应用中的Lm远大于Ls，因此激磁电流和谐振电流可以视为保持不变。
- t4至t5期间：当S1关闭后，通过S2的寄生电容放电直至电压降为零；随后体二极管导通并使D2开始工作。此时变压器原边承受反向电压且仅有Ls与Cs参与谐振。
- 在t6到t7时间段内：当S2处于零电压条件下开启时，副边电路脱离主回路连接；此阶段中激磁电感、漏感及谐振电容一起工作于谐振模式下。同样地由于实际应用中的Lm远大于Ls，因此激磁电流和谐振电流可以视为保持不变。
#### 二、LLC谐振腔元件的设计原则
##### 1. 匝比
匝比的计算对于确保正确的电压变换比例至关重要。根据给定公式：
\[ n = \frac{V_{\text{out}} - V_{\text{ref}}}{V_{\text{in}} - V_{\text{ref}}} \]
其中，\( V_{\text{out}} \) 是输出电压，\( V_{\text{in}} \) 是输入电压，而 \( V_{\text{ref}} \) 通常是变压器的中心抽头电压。
##### 2. 谐振电容器Cr
谐振电容的选择直接影响到谐振频率和整体效率。计算公式如下：
\[ C_r = \frac{4(V_{\text{out,max}} - V_{\text{ref}})}{(V_{\text{out,min}} - V_{\text{ref}})^2} \cdot \frac{1}{n^2 f_c I_o} \]
其中，\( V_{\text{out,max}} \) 和 \( V_{\text{out,min}} \) 分别表示输出电压的最大值和最小值；\( f_c \) 是谐振频率，而 \( I_o \) 则
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