LLC谐振转换器设计：提升效率与功率密度

本文主要介绍了LLC谐振转换器的设计原理和优缺点，适用于高功率密度和小尺寸的电力转换需求。文中详细讨论了串联谐振(SR)和并联谐振(PR)变换器，以及LLC谐振变换器的独特之处。 在功率转换领域，随着对设备小型化和能效提升的需求不断增长，设计师面临着提高开关频率的挑战。然而，高频工作带来的开关损耗、容性功耗以及反向恢复功耗成为效率提升的障碍。谐振转换器的出现提供了一种解决方案，通过使开关器件实现零电压开关（ZVS），降低了开关损耗，并消除了容性功耗。 串联谐振变换器由谐振电感Lr和电容Cr串联组成，同时与负载串联，形成一个分压器，其DC增益在谐振频率时达到最大。这种变换器的优点是可以降低开关功耗和电磁干扰（EMI），减小高频下磁性元件的尺寸，但其优化性能主要针对某一特定工作点，不适用于负载或输入电压大幅变化的情况，也不适合高输出电流应用，因为输出电流会波动。 并联谐振变换器则将谐振电容与负载并联，允许在无负载时调整输出，适用于高输出电流的应用，因为电流是连续的。然而，其初级电流与负载关系不大，会在无负载时仍有较大循环电流，随着输入电压升高，循环电流增加，这使得它不太适合宽输入电压范围的应用。 LLC谐振变换器结合了串联谐振和并联谐振的特点，具有小的变压器激磁电感Lm，其电压增益不同于传统的LC串联谐振变换器。LLC拓扑允许在更宽的负载和输入电压范围内保持高效，同时解决了串联谐振变换器的负载适应性和并联谐振变换器的输入电压问题。 设计LLC谐振转换器时，需要考虑的关键因素包括选择合适的谐振频率，以确保ZVS操作，以及调整驱动电压频率以控制谐振网络的阻抗，从而实现最佳效率。此外，优化磁性元件如电感和电容的选择也是至关重要的，它们直接影响到转换器的性能和尺寸。 LLC谐振转换器因其独特的特性，如高效的开关操作、良好的负载适应性和输入电压范围，成为现代电力转换系统中的重要技术，广泛应用于24V/8A等功率需求的场合。理解其工作原理和设计要点对于提高转换器效率和缩小设备体积具有重要意义。