迪龍新能源專注于車載充電機（OBC）、DCDC變換器和車載集成一體機的研發(fā)、生產(chǎn)與銷售，是全球知名車載電源供應商。

公司將LLC諧振電路應用于車載充電機上，使產(chǎn)品擁有高效率、高功率密度的核心優(yōu)勢。 我們特別邀請到迪龍新能源的工程師就LLC的一些關鍵問題做了解答。

01、LLC為何要工作在感性區(qū)域？

對于LLC網(wǎng)絡而言，存在感性、容性和純阻性三種狀態(tài)，根據(jù)輸入和負載變化而變化，如下圖LLC等效模型。

工作在純阻性區(qū)域是最理想的工作狀態(tài)，因為阻性網(wǎng)絡的品質因素最高，網(wǎng)絡特性最好。

工作在容性區(qū)域電流超前于電壓，前級開關管容易實現(xiàn)ZCS關斷，這個區(qū)域比較適合IGBT。 工作在感性區(qū)域電壓超前于電流，前級開關管容易實現(xiàn)ZVS開通，這個區(qū)域比較適合MOSFET。 因為中小功率電源普遍使用MOSFET，所以常規(guī)LLC拓撲開關電源選擇工作在感性區(qū)域。

02、ZVS1和ZVS2各有哪些優(yōu)缺點，如何選擇？

LLC網(wǎng)絡存在兩個電感一個電容，也就是說存在兩個諧振點。 一個是Lr和Cr的諧振點，另一個諧振點由Lm、Cr和負載條件決定。 負載加重，諧振頻率將會升高，如下圖。

在整個感性區(qū)域都能實現(xiàn)ZVS，在ZVS1區(qū)不能實現(xiàn)次級整流管的ZCS關斷，存在反向恢復問題。

在ZVS2區(qū)可以實現(xiàn)次級整流管的ZCS關斷，不存在反向恢復問題。

因此對于選擇工作在ZVS1還是ZVS2區(qū)域有不同看法。

從理論上來講，工作在ZVS2區(qū)域效率高于ZVS1區(qū)，越接近于諧振點，工作點效率越高，同時兼顧短路性能等問題。

03、LLC初級MOSFET是ZVS關斷還是ZCS關斷？

LLC工作在感性區(qū)域，因此開通是ZVS，但關斷既不是ZVS也不是ZCS，是硬開關關斷，損耗不可避免。 但對于MOSFET而言，開通損耗相對關斷損耗大很多。 對于LLC的ZVS而言是指開通時刻的ZVS，因此可以大大降低開關損耗。

04、為何計算LLC匝比的時候要用母線電壓的一半？

我們計算反激或正激電路的時都是使用母線電壓來設計匝比，但是LLC為何只使用母線電壓的一半來計算匝比呢？ 在LLC上管開通的半個周期內母線給LLC網(wǎng)絡輸入能量，這個能量一部分直接傳遞給輸出。 另一部分儲存在網(wǎng)絡內，在下管開通的半個周期內，依靠諧振電容和諧振電感輸出能量。 所以只有上半個周期母線給網(wǎng)絡輸入了能量，即時間的利用率是一半，等效于輸入電壓的利用率為1/2。

05、LLC分體諧振電容有什么優(yōu)缺點？

LLC半橋諧振電路中，根據(jù)諧振電容的不同聯(lián)結方式，典型LLC諧振電路有兩種連接方式，不同之處在于LLC諧振腔的連接。

左圖采用單諧振電容Cr，輸入電流紋波和電流有效值較高，但布線簡單，成本相對較低。

右圖采用分體諧振電容C1、C2，輸入電流紋波和電流有效值較低。 C1和C2上分別只流過一半的有效值電流，電容量僅為左圖單諧振電容的一半，比較而言，分體諧振優(yōu)勢不大。

06、LLC獨立諧振電感和集成諧振電感各有什么優(yōu)缺點？

集成諧振電感，這種方式是利用變壓器初級漏感來做諧振電感的。 優(yōu)點是體積小、成本低，缺點是漏感很難控制，諧振參數(shù)不好調節(jié)，性能難做到最優(yōu)。 獨立諧振電感是通過外置一個諧振電感，同時控制主變壓器的漏感在很小的范圍內。 優(yōu)點是容易調節(jié)諧振電感與勵磁電感低比例，優(yōu)化起來更靈活，容易調節(jié)到一個理想狀態(tài)。 缺點是增加了一個諧振電感增加體積，布線難度和成本增加。 因此一般功率較小的電源都更愿意使用集成諧振電感，成本相對較低，功率大的更愿意使用外置諧振電感，性能容易優(yōu)化。

07、LLC的開關管能否直接并聯(lián)？

彌勒電容Cgd對于MOSFET而言是寄生于柵極和漏極之間的電容。 對于硬開關電路而言，驅動電流對Cgs和Cgd充電，并且開始開通，而在開通過程中，Vds電壓下降，所以Cgd開始放電。 此時需較大的驅動電流要對Cgd充電，這會導致驅動電壓波形出現(xiàn)一個短暫的平臺，這就是所謂的米勒平臺。 關斷的時候，DS電壓急劇上升，DG電容會流過電流對GS電容充電，引起二次導通。 要消除開通時刻的彌勒效應，在開關管即將開通的時刻DS電壓為零，即ZVS。

對于LLC而言，開關管是ZVS開通的，因此對于功率稍大的可以直接并聯(lián)開關管，不存在彌勒效應或者說將彌勒效應降到最低。

08、LLC的諧振電容和輸出功率有什么關系？

這里使用一個公式說明吧，很顯然，功率越大需要的諧振電容容量越大。

09、LLC是否適合做恒流輸出？

PWM的控制器輸出電壓可調節(jié)范圍可以做到很寬。 只要供電正常，IC就能做到輸出電壓范圍很寬的電源，這對于做恒流款電源而言具有很大優(yōu)勢。 LLC是PFM控制方式的，只能通過更改頻率實現(xiàn)輸出電壓的變化，由增益曲線圖可以知道增益變化范圍相對很小。 要實現(xiàn)寬電壓范圍的輸出特性不好實現(xiàn)，輸出電壓越低，工作頻率越高，從而開關損耗和磁芯損耗都會加劇。 因此到了一定程度下只能通過限制IC的最高工作頻率，而通過跳周期方式來降低增益。 這樣就增加了環(huán)路調節(jié)的難度，跳周期紋波不好控制，性能也不是最優(yōu)，因此LLC不適合太寬范圍的恒流輸出。

10、滿足ZVS的兩個必要條件是什么？

ZVS前提就是電壓超前于電流，所以要滿足LLC整個負載范圍內都處于感性區(qū)域。 這是最基本的一個條件，還有一個條件往往被忽視。 要實現(xiàn)開關管的ZVS，勵磁電感峰值電流im必須在死區(qū)時間內讓即將開通開關管的結電容放電。 直至電量放完，電壓降到零，而已關斷的開關管則同時將其結電容充電到輸入電壓。 因此，兩個功率開關管要實現(xiàn)ZVS，應滿足如下的勵磁電感峰值電流Ipk與死區(qū)時間的關系。

其中，Vin為輸入總線電壓，Cj為MOSFET的結電容，tdead為死區(qū)時間。

當電路工作于諧振頻率，諧振網(wǎng)絡電流為如圖所示的正弦波，其中im為勵磁電流。 在每半個開關周期結束時，勵磁電流達到最大值，與諧振網(wǎng)絡電流ir相等。

勵磁電感峰值電流可以得到：

其中Vo為輸出電壓，T為開關周期，Lm為勵磁電感，到Lm的值應滿足：

由不等式得到的最大的勵磁電感Lm可以保證開關管的ZVS，然而，小的Lm將增大MOSFET的開關損耗。

由于這個被動Lm負載，可以保證在任何負載情況下都能工作在零電壓開關狀態(tài)下。

編輯：黃飛

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