LLC半桥谐振电感设计——周洁敏讲解

"周洁敏教授在2015年深圳电源技术年会上分享的‘LLC半桥谐振电感设计’主题讲解" 在开关电源领域，LLC半桥谐振变换器因其诸多优势备受关注。LLC谐振变换器主要应用于中大功率场合，半桥结构因其电压应力减半而电流应力加倍的特点，常用于相对较低功率的应用，而全桥结构则适用于更高功率。LLC谐振变换器的主要优点包括：原边MOS管零电压开关（ZVS）开通，副边二极管零电流开关（ZCS）关断，从而降低损耗；电路结构简洁，效率较高；具备高频和高功率密度特性；输入电压和输出功率范围广；以及原边和副边管子上的电压应力较低。 然而，LLC变换器也存在缺点，如短路情况下原边电流较高，以及电路中的电流有效值较大。设计时需考虑负载从满载到空载变化时的ZVS保持，以减少器件损耗，并控制器件关断电流，使副边二极管能实现ZCS，减少EMI。此外，必须确保在输入电压变化范围内仍能稳定输出电压。 谐振电感在LLC变换器中扮演关键角色，与谐振电容共同决定了串联谐振频率。当主变压器原边电压被输出电压钳位时，负载由副边绕组供电，此时的谐振频率为f1；而在负载由滤波电容供电时，即变压器原副边无电流流通时，谐振频率为f2，涉及激磁电感Lm的参与。LLC变换器的工作频率应处于f1和f2之间，避免进入区域3，以防止副边整流二极管无法实现ZCS关断，同时确保原边功率管能够实现ZVS，利用反并续流二极管导通来减小开通损耗。 电感设计中，需要考虑谐振变换器的工作模式，确保在不同工作状态下，电感能够满足零电压或零电流开关的要求，以优化效率和降低损耗。此外，选择适合的磁性材料也是电感设计的关键，因为不同的磁性材料将影响电感的饱和特性、损耗及温度稳定性。 设计LLC半桥谐振电感时，需综合考虑谐振频率、开关模式、损耗控制、输入输出电压范围以及磁性材料的选取，以达到高效、稳定和低损耗的电源转换效果。