雖然半橋功率級通常用于隔離的中等功率應(yīng)用，但具有高壓輸入的轉(zhuǎn)換器通常設(shè)計有諧振開關(guān)以實現(xiàn)更高的效率，這種改進(jìn)會增加復(fù)雜性，但仍提供多項性能優(yōu)勢。
本專題主要介紹 LLC 諧振半橋轉(zhuǎn)換器的設(shè)計過程，首先簡要回顧了基本諧振轉(zhuǎn)換器的操作，并描述了作為設(shè)計過程基本要求的能量傳遞函數(shù)。 這種以電壓比或電壓增益函數(shù)表示的能量傳遞函數(shù)與諧振電路參數(shù)一起用于描述輸入電壓和輸出電壓之間的關(guān)系。 接下來，說明確定參數(shù)值的方法。 為了演示設(shè)計是如何創(chuàng)建的，接下來將提供一個設(shè)計示例，用于具有 300 W 輸出功率、390 VDC 輸入和 12 VDC 輸出的轉(zhuǎn)換器。 主要內(nèi)容有如下幾個部分：
一、何為諧振變換器
二、全面了解LLc諧振變換器
三、如何設(shè)計LLC諧振變換器
四、設(shè)計實例
更高的效率、更高的功率密度和更高的組件密度在電源設(shè)計及其應(yīng)用中變得普遍。 由于這種趨勢以及這些轉(zhuǎn)換器具有實現(xiàn)更高開關(guān)頻率和更低開關(guān)損耗的潛力，諧振電源轉(zhuǎn)換器（尤其是那些具有 LLC 半橋配置的轉(zhuǎn)換器）重新受到關(guān)注。 然而，設(shè)計此類轉(zhuǎn)換器存在許多挑戰(zhàn)，其中包括 LLC 諧振半橋轉(zhuǎn)換器使用頻率調(diào)制而不是脈寬調(diào)制來執(zhí)行功率轉(zhuǎn)換，因此需要不同的設(shè)計方法。
一、諧振轉(zhuǎn)換器的簡要回顧
有許多諧振轉(zhuǎn)換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它們都以基本相同的方式工作：將電源開關(guān)產(chǎn)生的電壓或電流方波脈沖施加到諧振電路。 能量在諧振電路中循環(huán)，然后分出一部分或全部以提供輸出。
圖1 基本諧振轉(zhuǎn)換器配置
在諧振轉(zhuǎn)換器中，兩種基本類型是串聯(lián)諧振轉(zhuǎn)換器 (SRC)，如圖 1a 所示，和并聯(lián)諧振轉(zhuǎn)換器 (PRC)，如圖 1b 所示。 這兩個轉(zhuǎn)換器都通過改變驅(qū)動電壓的頻率來調(diào)節(jié)其輸出電壓，從而改變諧振電路的阻抗。 輸入電壓在該阻抗和負(fù)載之間分配。 由于SRC作為輸入和負(fù)載之間的分壓器，SRC的直流增益始終小于1。在輕載條件下，負(fù)載的阻抗與諧振電路的阻抗相比非常大； 因此很難調(diào)節(jié)輸出，因為這需要在負(fù)載接近零時頻率接近無窮大。 即使在標(biāo)稱負(fù)載下，當(dāng)輸入電壓范圍很大時，也需要寬頻率變化來調(diào)節(jié)輸出。
在圖1b所示的PRC中，負(fù)載與諧振電路并聯(lián)，不可避免地需要大量的循環(huán)電流。 這使得在具有高功率密度或大負(fù)載變化的應(yīng)用中難以應(yīng)用并聯(lián)諧振拓?fù)洹?/p>
二、LCC 和 LLC 諧振轉(zhuǎn)換器
為了解決這些限制，已經(jīng)提出了一種將串聯(lián)和并聯(lián)配置相結(jié)合的轉(zhuǎn)換器，稱為串并聯(lián)諧振轉(zhuǎn)換器 (SPRC)。 這種結(jié)構(gòu)的一個版本使用一個電感器和兩個電容器，或 LCC 配置，如圖 2a 所示。 盡管這種組合通過嵌入更多諧振頻率克服了簡單 SRC 或 PRC 的缺點，但它需要兩個獨立的物理電容器，由于交流電流高，這些電容器既大又昂貴。 為了在不改變物理組件數(shù)量的情況下獲得類似的特性，可以更改 SPRC 以使用兩個電感器和一個電容器，形成一個 LLC 諧振轉(zhuǎn)換器（圖 2b）。 LLC 相對于 LCC 拓?fù)涞囊粋€優(yōu)勢是兩個物理電感器通?？梢约傻揭粋€物理組件中，包括串聯(lián)諧振電感 Lr 和變壓器的磁化電感 Lm。
圖2 SPRC兩種配置
與傳統(tǒng)諧振轉(zhuǎn)換器相比，LLC 諧振轉(zhuǎn)換器具有許多額外的優(yōu)勢。 例如，它可以在較寬的線路和負(fù)載變化范圍內(nèi)以相對較小的開關(guān)頻率變化來調(diào)節(jié)輸出，同時保持出色的效率。 它還可以在整個工作范圍內(nèi)實現(xiàn)零電壓開關(guān) (ZVS)。 接下來將描述在隔離式半橋拓?fù)渲惺褂?LLC 諧振配置，然后是設(shè)計此拓?fù)涞倪^程。