首页 > 文章 > LLC电源原理分析
1 定义变换器的工作限值。 最大和最小输入和输出电压。 计算变压器的匝数比 (n) 以及谐振回路的最大和最小增益 (Mg)。然后使用最大峰值增益图形计算最大可获得的峰值。
2 考虑最大峰值增益，选择品质因数 (Q)和归一化电感系数(Ln) 的值。 Q 是用 Lr 和 Cr组成的谐振腔的品质因数，Ln (Ln=Lm/Lr) 是谐振电感 (Lr) 与变压器的励磁电感 (Lm) 之间的比率。
a Ln 调整：当降低Ln 值时，最大峰值会增加，但 Lm 值也会相应降低。这将有助于实现 ZVS 条件，但也会在输入电流中引入更高的纹波，从而导致更高的传导损耗。
b Q调整：值越大，带宽越窄，增益也越低。作为一般考虑，当我们增加 Q 值时，开关频率随之增加，会导致更大的增益变化。这对稳定响应来说并不利。所以Q越低系统越稳定。
3 用户必须选择一个大于系统所需最小增益的值，即红线值(Mgmax)。根据所选值，MPS 工具将计算出谐振电感值 (Lr) 和电容值 (Cr)。
4 下一步是查看选择的 Ln 和 Q 是否可以实现预期效果，同时为控制器定义一个操作窗口。用户必须检查是否可以在感性区域内的过载曲线上实现最大增益。增益响应图根据计算的 Q 给出不同的情况（Ioutmax、Voutmax、Ioutmin、Voutmin）。 Q 与等效电阻 (Vo / Io) 成反比
5 考虑以下设计约束，通过移动滑块选择归一化频率窗口:
a 变换器必须在感性区域
b 开关频率越接近谐振频率，效率越高。(fn = 1)。
c 谐振频率越低，元件体积越大
d 最低频率的增益（fn min）略高于最大增益点(Mgmax)
e 通过定义频率窗口，该工具将给出最小和最大开关频率。
LLC，最重要的是清楚知道LLC如何实现软开关，以及工作中所需要掌握的那些参数，了解清楚了能学以致用，才是我们最终的目的。下面我们一起看看LLC的内心世界吧！
与传统PWM（脉宽调节）变换器不同，LLC是一种通过控制开关频率（频率调节）来实现输出电压恒定的谐振电路。它的优点是：实现原边两个主MOS开关的零电压开通(ZVS)和副边整流二极管的零电流关断(ZCS)，通过软开关技术，可以降低电源的开关损耗，提高功率变换器的效率和功率密度。
学习并理解LLC，我们必须首先弄清楚以下两个基本问题：
1.什么是软开关；
2.LLC电路是如何实现软开关的。
由于普通的拓扑电路的开关管是硬开关的，在导通和关断时MOS管的Vds电压和电流会产生交叠，电压与电流交叠的区域即MOS管的导通损耗和关断损耗。如图所示：
为了降低开关管的开关损耗，提高电源的效率，有零电压开关(ZVS) 和零电流开关（ZCS)两种软开关办法。
1.零电压开关 (ZVS)：开关管的电压在导通前降到零，在关断时保持为零。
2.零电流开关（ZCS)：使开关管的电流在导通时保持在零，在关断前使电流降到零。
由于开关损耗与流过开关管的电流和开关管上的电压的成积（V*I）有关，当采用零电压ZVS导通时，开关管上的电压几乎为零，所以导通损耗非常低。
1）Vin为直流母线电压，S1，S2为主开关MOS管（其中Sc1和Sc2分别为MOS管S1和S2的结电容，并联在Vds上的二极管分别为MOS管S1和S2的体二极管），一起受控产生方波电压；
2）谐振电容Cr 、谐振电杆Lr 、 励磁电杆Lm一起构成谐振网络；
3）二极管D1, 二极管D2，输出电容Co一起构成输出整流滤波网络。
那么，LLC电路是怎么实现软开关的呢？
要实现零电压开关，开关管的电流必须滞后于电压，使谐振槽路工作在感性状态。
LLC 开关管在导通前，电流先从开关MOS管的体二极管（S到D）内流过，开关MOS管D-S之间电压被箝位在接近0V（二极管压降），此时让开关MOS管导通，可以实现零电压导通；在关断前，由于D-S 间的电容电压为0V而且不能突变，因此也近似于零电压关断（实际也为硬关断）。
什么是谐振呢？我们不妨先看看电感和电容的基本特性：
与电阻不同，电感和电容都不是纯阻性线性器件，电感的感抗XL和电容的容抗Xc都与频率有关，当加在电感和电容上的频率发生变化时，它们的感抗XL和容抗Xc会发生变化。
1.如下图RL电路，当输入源Vin的频率增加时，电感的感抗增大，输出电压减小，增益Gain=Vo/Vin随频率增加而减小。
2.如下图RC电路，相反，当输入源Vin的频率增加时，电容的容抗减小，输出电压增大，增益Gain=Vo/Vin随频率增加而增加。
下面我们分析一下LC谐振电路的特性：
如图，当我们将L和C都引入电路中发现，当输入电压源的频率从0开始向某一频率增加时，LC电路呈容性（容抗＞感抗），增益Gain=Vo/Vin随频率增加而增加，当从这一频率再向右边增加时，LC电路呈感性（感抗＞容抗），增益Gain=Vo/Vin随频率增加而降低。这一频率即为谐振频率，谐振时电路呈纯电阻性，增益最大。
谐振条件：感抗=容抗
谐振频率：fo
谐振又有什么作用呢？
控制让谐振电路发生谐振，有三个参数可以调节。由于L和C的大小不方便调节，通过调节输入电压源的频率，可以使L、C的相位相同，整个电路呈现为纯电阻性，谐振时，电路的总阻抗达到或近似达到极值。利用谐振的特征控制电路工作在合适的工作点上，同时又要避免工作在不合适的点上而产生危害。
LLC稳定输出电压原理：
将LLC电路等效分析，得到i如下简化电路。当交流等效负载Rac变化时，系统通过调整工作频率，改变Zr 和Zo的分压比，使得输出电压稳定，LLC就是这样稳定输出电压的。
对LLC来说，有两个谐振频率，一个谐振频率fo是利用谐振电感Lr谐振电容Cr组成；
另一个一个谐振频率fr1是利用谐振电感Lr，励磁电感Lm，谐振电容Cr一起组成；
再来看一份更为详细的LLC工作模态分析：
开关网络：S1、S2及其内部寄生二极管Ds1\Ds2、寄生电容Cds1\Cds2;
谐振网络：谐振电容Cr 、串联谐振电感Lr 、并联谐振电感 Lm;
中心抽头变压器（匝比为n:1:1），副边整流二极管 D1、D2；
输出滤波电容Co （忽略电容的ESR），负载 Ro。
1.1 LLC变换器的模态分析
对于LLC电路，存在两个谐振频率：
1.1.1 工作区域2(fr2＜f＜fr1) 模态1
1.1.2 工作区域2(fr2＜f＜fr1) 模态2
1.1.3 工作区域2(fr2＜f＜fr1) 模态3
1.1.4 工作区域2(fr2＜f＜fr1) 模态4
1.1.5 工作区域2(fr2＜f＜fr1) 模态5
在下半个周期，其模态与上半个周期一样。
（1）在t3时，Q1关断了，激磁电流流经D2--＞Cr--＞ Lr--＞ Lm行成回路，电流在减小；
（2）由电磁感应定律得知，同名端为 "-"，副边DR2导通，此时副边电压为-Vo，原边电压为-（np*Vo/ns）;
（3）电感Lm上的电流线性下降到0之前，将Q2开通，即实现了ZVS开通。而lr的电流已正弦规律下降（这时是Lr与Cr谐振）。
（4）然后同样的，达到，进入Lr+Lm与Cr谐振阶段，直到Q2关断，那么将将进入下一个周期。
1.2 f=fr1 情况下的波形图
1.3 f＞fr1情况下的模态分析
1.3.1 工作区域1（f＞fr1） 模态1
1.3.2 工作区域1（f＞fr1） 模态2
1.3.3 工作区域1（f＞fr1） 模态3
1.3.4 工作区域1（f＞fr1） 模态4
下半个周期与上半个周期类似：
（1）在t2时刻，Q1关断，lr电流流经D2，在这个过程中Q2开通，实现了ZVS开通，并且强制lr＞llm;
（2）llm电流开始减小，由电磁感应定律得知，同名端为 "-" ，副边DR2导通，原边Lm电压恒定，其电流线性减小，直到Q2关断。
总结：
开关频率fr2＜f＜fr1时，且谐振网络工作在感性区域时，LLC变换器原边开关管实现ZVS，且流过输出整流二极管的电流工作在断续模式，整流二极管实现ZCS，消除了因二极管反向恢复所产生的损耗；
开关频率f=fr1时， LLC谐振变换器工作在完全谐振状态，原边开关管可以实现ZVS，整流二极管工作在临界电流模式，此时可以实现整流二极管的ZCS，消除了因二极管反向恢复所产生的损耗；
开关频率f＞fr1时， LLC谐振变换器原边开关管在任何负载下都可以实现ZVS，但是变压器励磁电感由于始终被输出电压所钳位，因此，只有 Lr、Cr 发生串联谐振，而 Lm在整个开关过程中都不参与串联谐振，且此时输出整流二极管工作在电流连续模式，整流二极管不能实现ZCS，会产生。