周洁敏：半桥LLC谐振电感设计的关键因素与应用分析

增益分析是电力电子系统设计中的关键环节，尤其是在开关电源领域，如南京航空航天大学周洁敏教授在2015年深圳电源技术年会上关于LLC半桥谐振电感设计的专题分享。LLC谐振变换器因其高效率、高频和高功率密度等特点，受到广泛关注，尤其在中大功率场合采用半桥LLC变换器，而在大功率应用中，全桥LLC更为常见。 半桥LLC变换器的核心在于其谐振电感的设计。该电路在理想情况下具有以下特点： 1. **优势**： - ZVS（零电压开关）条件：不论负载如何变化，原边MOS管在负载满载或空载时都能实现ZVS，减少了器件开通损耗。 - 较小的器件关断损耗：通过控制关断电流，副边二极管可以实现ZCS（零电流开关）状态，避免反向恢复问题，有利于电磁兼容（EMI）。 - 输入电压适应性强：能在输入电压变化较大时保持输出电压稳定。 2. **电感设计要点**： - 谐振电感（L）与谐振电容（C）的配合决定了电路的串联谐振频率，需确保工作在合适的频率区间以实现ZVS和ZCS条件。 - LLC工作的三种可能频率区域划分，必须避开区域3，以避免不理想的开关行为。 3. **工作模式**： - 在区域1和2，电路处于理想的串联谐振状态，如副边整流二极管可以实现ZCS关断，原边功率管能实现ZVS。 - 在区域3，由于频率不合适，可能会导致副边整流二极管无法实现零电流关断，同时原边功率管的反并联续流二极管可能导通。 4. **电压应力与电流应力**： - 半桥电路相比全桥，电压应力较低，但电流应力是全桥的两倍，这对电感的磁性材料选择和热管理有重要影响。 5. **磁性材料的选择**： 为了满足谐振电感的要求，设计者需要考虑适合高频工作的磁性材料，如铁氧体或氮化铁等，这些材料具有低磁滞损耗和高饱和磁感应强度。 总结来说，周洁敏教授的演讲详细介绍了LLC半桥谐振电感在开关电源设计中的关键作用，包括其拓扑结构、谐振条件的选择、电感设计策略以及对磁性材料的考量，这些都是提高电路性能和稳定性的核心要素。