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LLC谐振转换器原理及设计方案

时间：-O5-O7O1：O5：16来源：今日电子作者：飞兆导体企业

JintaeKim

多种类型日勺LEDTV主功率级拓扑相继推出，例如非对称桥转

换器、双开关正激转换器和LLC谐振转换器。其中,LLC谐振转换器

虽然相比其他转换器具有更多优势，但由于其设计复杂困难，因此在

过去很少受到关注。不过，这几年间,IC制造商已开发出用于LLC谐

振转换器日勺控制器，并且刊登了许多有关技术阐明和设计工具，让其

设计变得更轻易，并使得这种技术获得更多日勺关注。目前,LLC诣振

转换器已经成为LEDTV最流行日勺主功率级拓扑。

LLC谐振转换器的杰出长处有：（1）在整个负载范围包（括轻载）

下都是以ZVSz（erovoltageswitching,零电压开关）条件工作，从而

实现高效率；（2）工作频率变化范围比较窄，便于高频变压器和输

入滤波器的设计；（3）初级端所用开关的电压应力被钳位在输入电

压上，而次级端两个二极管上的电压一直等于中心抽头变压器输出

电压日勺两倍。

LLC谐振转换器可以工作在两个不一样类型的ZVS区域之内一

种被称为“上区域a（boveregion）”或（上谐振工作区域），这里，初级

端日勺环流变小，但次级端上的二极管为硬开关。另一种是“下区域”

(或下谐振工作区域)，这时，次级端上的二极管可实现软开关。本文

将简朴简介LLC谐振转换器的工作原理和工作区域，此外还将讨论

其设计环节。

图1LLC谐振转换器日勺基本电路

LLC谐振转换器的工作原理

图1所示为LLC谐振转换器的基本电路。LLC谐振转换器一般包括

一种带MOSFET的控制器、一种谐振网络和一种整流器网络。控制

器以5。％的占空比交替为两个MOSFET提供门信，随负载变化

而变化工作频率，调整输出电压Vout,这称为脉冲频率调制

(PFM)。谐振网络包括两个谐振电感和一种谐振电容。谐振电感Lr、

Lm与谐振电容Cr重要作为一种分压器，其阻抗随工作频率而变化

(见式1),以获得所需的输出电压。在实际设计中，谐振网络可由一

种采用如图2所示的分段骨架(sectionalbobbin)的集成式变压器

的磁化电感Lm与漏感Llk构成。而整流器网络对谐振网络产生的

正弦波形进行整流，然后传播到输出级。

□(1)

式中,Vd基本近似等于Vin/2,而Rac基本近似等于8n2Vout/2

71lOUt。

式(2)给出了采用如图2所示的实际变压器时,LLC谐振转换器的

电压转换比。在式(2)中可观测到两个谐振频率。一种由Lp和Cr

决定，记为3P,另一种由Li•和Cr决定，记为⑥!•。运用这个公式,

可获得LLC谐振转换器随频率和负载变化的增益特性曲线，如图3

所示。

图2采用分段骨架的集成式变压器(a),变压器等效电路(b)

图3LLC谐振转换器日勺增益曲线和工作区域

图3中，每条曲线上以符+标注的最高值被称为’峰值增

益’，位于两个谐振频率3P和3r之间。当输出负载越来越大时，峰

值增益值逐渐减小，其位置向更高频率移动。同步，以符x标注

日勺⑥r时的谐振增益却是固定的，不随输出负载日勺变化而变化。增益

曲线阐明在ZVS状态下，伴随谐振网络日勺工作频率增长，增益减小，

输出电压减少。

□（2）

式中口。

LLC谐振转换器的工作区域

如图所示,LLC谐振转换器的工作区域可标注为“+”的峰值增益

和标注为“x”的谐振频率而分为三部分。首先，以峰值点为界，左

边是ZCS零（电流开关）区或（称为电