半橋LLC諧振變換器工作原理分析及參數設計

張平

摘要：分析了半橋式LLC諧振變換器工作原理，給出了半橋式LLC諧振變換器參數設計方法。

關鍵詞：半橋LLC諧振變換器;參數計算;設計舉例。

Abstract： the working principle of half-bridge LLC system is analyzed， and the parameter design method of half-bridge LLC resonant converter is presented

Keywords： half-bridge LLC resonant converter; Parameter calculation; Design examples.

LLC諧振變換器能夠在全負載范圍內實現主開關管的ZVS和二次側整流二極管的ZCS，滿足了DC/DC變換器的低損耗高效率要求，在應用中越來越受歡迎。本文以我公司正在研制的DC24/60電源模塊所應用的半橋式LLC諧振變換器為例，介紹了半橋式LLC諧振變換器的工作原理和參數設計流程。

1、半橋式LLC變換器工作原理分析

本文研究的主要是半橋式LLC諧振變換器，如圖1所示，Cr為諧振電容，Lr為諧振電感，Lm為 勵磁電感，D1、D2為變壓器副邊側整流二極管。

半橋LLC諧振變換器具有兩個特征頻率【1】：

在不同頻率范圍內，半橋LLC諧振變換器呈現不同的工作特性。當諧振頻率fs

t0時刻，下開關管Q2關斷， Q2導通時已將電容C2電壓鉗位于零，所以Q2可以實現ZVS關斷，諧振電流Ir<0，此諧振電流給C1放電，同時給C2充電，當C1兩端電壓下降至零時，Q1的體二極管導通，為Q1的零電壓開通創造條件。

t1時刻，Q1驅動導通，諧振電流仍為Ir<0，Lr和Cr諧振電流繼續上升，過零之后諧振電流經Q1正向增加。t2時刻到來之前，由于副邊二極管導通，故勵磁電感Lm被輸出電壓鉗位，其電流線性增加。

由于fs

t3時刻，關斷Q1，Q1實現零電壓關斷，接下來Q2的導通關斷與Q1相似。

當變換器的頻率fs在fm

2、LLC諧振變換器參數設計

開關管的ZVS和整流二極管的ZCS對LLC變換器的效率影響較大。要實現開關管的ZVS，勵磁電感的電流必須在死區時間內將開關管的結電容放電完畢，電壓降到零。同時，對需要關斷開關管結電容完成充電。因此，勵磁電感電流需滿足【2】：

3.2 試驗結果

經試制調試，最終Cr取140 nF，Lr取78μH，Lm取250μH，測試開關管上管電壓波形與驅動電壓波形如圖4所示。從圖中可以看出，開關管兩端電壓完全降到零，驅動電壓才開始上升，實現了零電壓導通。實現了設計目標。

4 結束語

通過以上的原理分析和設計舉例，我們可以看出此參數設計方法是可行的，為半橋式LLC諧振變換器的設計提供了便利。

參考文獻：

[1]南文銳，半橋LLC諧振電路設計與研究。廣州，廣東工業大學，2017

[2]張立新，王旭東，李鑫，姜潤澤，基于半橋LLC諧振式通信電源的設計。電氣傳動，2016.

[3]劉一希，基于全數字控制LLC諧振變換器的電動汽車電池充電器研究。南京：南京航空航天大學，2014.

（作者單位：西安工業研究院天津分院）