半桥LLC谐振电感设计分析-周洁敏

"这篇资料是南京航空航天大学周洁敏在2015年深圳电源技术年会上关于LLC半桥谐振电感设计的演讲，主要探讨了LLC谐振变换器的拓扑结构、谐振电感的要求、适用的磁性材料以及电感设计实例。" 在开关电源领域，LLC谐振变换器因其独特的优点而备受关注，特别是在中大功率应用中常用的半桥LLC变换器和大功率场景下的全桥LLC谐振变换器。半桥电路与全桥电路的主要区别在于电压应力和电流应力的不同：半桥电路的电压应力更低，但电流应力是全桥的两倍。 LLC谐振变换器具有诸多优势，例如： 1. 原边MOS管实现零电压开关（ZVS）开通，副边管子实现零电流开关（ZCS）关断，降低了损耗。 2. 结构简洁，效率较高。 3. 高频操作，适合高功率密度设计。 4. 输入电压范围和输出功率调节范围较宽。 5. 降低了原边和副边管子的电压应力。 然而，这种变换器也存在一些缺点，如： 1. 当发生短路时，原边电流可能会非常高。 2. 电路中的电流有效值较大，可能导致热问题。 在设计过程中，关键目标之一是在负载变化时保持ZVS，从而减小器件损耗。同时，通过控制关断电流，可以降低副边二极管的反向恢复问题，从而减少电磁干扰（EMI）。 谐振电感和谐振电容是LLC变换器的核心组件。串联谐振频率由以下公式确定： \[ f_1 = \frac{1}{2\pi\sqrt{L_r C_r}} \] 其中，\( L_r \) 是谐振电感，\( C_r \) 是谐振电容。在半桥LLC变换器中，还存在一个激磁电感 \( L_m \)，它影响变换器的工作模式。 根据不同的工作频率，LLC变换器有三个工作区域。理想情况下，应确保变换器工作在区域1和区域2，以实现ZVS和ZCS，避免在区域3，因为在该区域副边整流二极管无法实现零电流关断，且原边功率管无法实现ZVS。 设计时，要考虑输入电压变化对输出电压稳定性的影响。此外，选择合适的磁性材料对于谐振电感的性能至关重要，因为它影响电感的饱和特性和效率。 总结起来，这篇资料深入剖析了半桥LLC谐振变换器的工作原理、设计要求和优化策略，为理解和设计这类开关电源提供了宝贵的理论基础和实践经验。