钜大LARGE | 点击量：2158次 | 2020年02月27日
为何要运用LLC谐振电源以及如何实现零电压开关
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！
为了达到ZVS，在两个MOSFET轮换开通之间存在死区时间TD。由于工作在感性区域，因此输入电流滞后于输入电压，当半周期结束时，谐振腔的电流Ir仍然在流入，这个电流可以消耗储存在Czvs上的电荷，从而使节点Va点的电压降为零，所以在另一个开关MOS开启时为零电压开通。
在半周期结束时，谐振电流腔中的电流必须可以保证在TD时间内，将Czvs的电荷消耗完，这就是ZVS的充分条件！满足基本表达式如下：
通过表达式：减少Td意味着增加Imoff，使得开关损耗和导通损耗增加。上式就变为磁化电感最大值的限制条件；
对于LLC谐振电路来说死区时间的初始电流：
LLC谐振变换器能够实现ZVS必须满足：
通过上面的表达式，我们可以通过以下三种方式让LLC实现ZVS．
第一，增加IZVS．
第二，增加死区时间。
第三，减小等效电容Cds1＆Cds2或者器件的Coss．
在实际我们调试时发现，在开机启动时LLC－谐振变换器启动时存在二极反向恢复硬开关问题；
LLC－谐振变换器启动时二极反向恢复／理论分析（如下示意图参考）
LLC－谐振变换器启动时的二极反向恢复硬开关问题，如何改善？
由于LLC工作状态是ZVS；建议尽量增大开通电阻Rg1on＆Rg2on
LLC启动时上管的D1反向恢复回路通过设计高频C降低电流
我们是否还有更好的方法？当然优秀的LLC设计控制IC也会是不错的选择的！！
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！
为了达到ZVS，在两个MOSFET轮换开通之间存在死区时间TD。由于工作在感性区域，因此输入电流滞后于输入电压，当半周期结束时，谐振腔的电流Ir仍然在流入，这个电流可以消耗储存在Czvs上的电荷，从而使节点Va点的电压降为零，所以在另一个开关MOS开启时为零电压开通。
在半周期结束时，谐振电流腔中的电流必须可以保证在TD时间内，将Czvs的电荷消耗完，这就是ZVS的充分条件！满足基本表达式如下：
通过表达式：减少Td意味着增加Imoff，使得开关损耗和导通损耗增加。上式就变为磁化电感最大值的限制条件；
对于LLC谐振电路来说死区时间的初始电流：
LLC谐振变换器能够实现ZVS必须满足：
通过上面的表达式，我们可以通过以下三种方式让LLC实现ZVS．
第一，增加IZVS．
第二，增加死区时间。
第三，减小等效电容Cds1＆Cds2或者器件的Coss．
在实际我们调试时发现，在开机启动时LLC－谐振变换器启动时存在二极反向恢复硬开关问题；
LLC－谐振变换器启动时二极反向恢复／理论分析（如下示意图参考）
LLC－谐振变换器启动时的二极反向恢复硬开关问题，如何改善？
由于LLC工作状态是ZVS；建议尽量增大开通电阻Rg1on＆Rg2on
LLC启动时上管的D1反向恢复回路通过设计高频C降低电流
我们是否还有更好的方法？当然优秀的LLC设计控制IC也会是不错的选择的！！
