LLC半桥谐振电感设计——周洁敏解析

"周洁敏在2015年深圳电源技术年会上讲解的LLC半桥谐振电感设计" 本文主要围绕LLC半桥谐振变换器的电感设计展开，由南京航空航天大学的周洁敏教授进行阐述。LLC谐振变换器在中大功率电源应用中尤其常见，半桥LLC适用于电压应力要求较低的场景，而全桥LLC则用于更高功率需求。半桥LLC变换器相比于全桥的优势在于电压应力减半，但电流应力加倍。 首先，文章介绍了LLC谐振变换器的一些基本特点，如原边MOS管的零电压开关（ZVS）开通和副边管子的零电流开关（ZCS）关断，这降低了开通和关断损耗，提高了效率。此外，由于其高频特性，使得电源具有更高的功率密度，并且能适应较宽的输入电压和输出功率范围。然而，它也有不足之处，例如短路时原边电流较大，以及电路中电流的有效值较高。 设计谐振电感时的主要考虑因素包括： 1. 能够在负载从满载到空载变化时保持ZVS，减少器件开通损耗。 2. 控制器件关断电流，降低关断损耗，使副边二极管实现ZCS，避免反向恢复问题，减小电磁干扰（EMI）。 3. 在输入电压变化大时仍能稳定输出电压。 谐振电感与谐振电容共同决定了串联谐振频率，计算公式为f1 = 1/(2π√LC)。文中还提到了激磁电感Lm，当工作在区域1和区域2时，LLC变换器能够正常运行，而在区域3则会导致问题，如副边二极管无法实现ZCS关断。 在分析LLC工作状态时，区分了三种频率区域： 1. 区域1（fs > fr1）：副边整流二极管无法实现ZCS关断，输入阻抗呈感性，原边功率管实现ZVS。 2. 区域2（fr1 > fs > fr2）：Lm参与谐振，激磁电流线性增长或反向线性增长，副边两整流管截止或交替工作。 3. 区域3（fs < fr2）：不应工作在此区域，因为会导致异常工作模式。 最后，文中提到了VT1ON状态下副边的整流管行为，强调了在设计和分析LLC半桥谐振变换器时，理解和控制这些参数的重要性，以实现高效、稳定的电源系统。