【導讀】電源行業廣泛應用如圖 1所示的 LLC 串聯諧振轉換器 (LLC-SRC)

，它帶有兩個諧振電感器（兩個“L”：L m和 L r）和一個諧振電容器（一個“C ”：C r ) 作為低成本、高效率的隔離式功率級。LLC-SRC 具有軟開關特性，無需複雜的控製方案。

電源行業廣泛應用如圖 1所示的 LLC 串聯諧振轉換器 (LLC-SRC)
，它帶有兩個諧振電感器（兩個“L”：L m和 L r）和一個諧振電容器（一個“C ”：C r ) 作為低成本
、高效率的隔離式功率級。LLC-SRC 具(ju)有(you)軟(ruan)開(kai)關(guan)特(te)性(xing)


，無(wu)需(xu)複(fu)雜(za)的(de)控(kong)製(zhi)方(fang)案(an)。其(qi)軟(ruan)開(kai)關(guan)特(te)性(xing)允(yun)許(xu)使(shi)用(yong)具(ju)有(you)較(jiao)低(di)額(e)定(ding)電(dian)壓(ya)的(de)組(zu)件(jian)
，並(bing)提(ti)供(gong)高(gao)轉(zhuan)換(huan)器(qi)效(xiao)率(lv)。與(yu)用(yong)於(yu)其(qi)他(ta)軟(ruan)開(kai)關(guan)拓(tuo)撲(pu)（如移相全橋轉換器）的控製器相比
，其簡單的控製方案——具有固定 50% 占空比的可變頻率調製——需要更低的控製器成本。

圖 1LLC-SRC

盡管 LLC-SRC 可以實現比硬開關反激和正激轉換器高得多的效率
，但如果您想獲得最佳效率，仍然存在一些設計挑戰。首先，在 LLC-SRC 設計中，兩個諧振電感的比率（L m與 L r 之比）可能必須小於 10
，以便提供足夠寬的可控範圍。同時，您將需要 L m上的大電感來降低循環電流——這意味著您需要保持 L r電感大以保持低諧振電感比。

有趣的是，串聯諧振電感器 L r中的電流完全是交流電，沒有任何直流成分——這意味著磁通密度變化很大（ΔB 很高）。高 ΔB 意味著與交流相關的電感器損耗高。如果電感器繞在基於鐵氧體的磁芯上，磁芯氣隙附近的邊緣效應會導致較高的繞組損耗。

L r上的大電感意味著更多的電感和更高的交流繞組損耗。這就是為什麼許多 LLC-SRC 設計將粉鐵基磁芯應用於諧振電感器，以在繞組損耗和磁芯損耗之間進行權衡。然而，高 ΔB 會在諧振電感器上產生相當大的損耗——要麼是高繞組損耗，要麼是高磁芯損耗。

LLC-SRC 設計中的第二個挑戰是如何最好地優化同步整流器 (SR) 控製。LLC-SRC 整流器電流傳導時序取決於負載條件和開關頻率。LLC-SRC SR 控製最有前途的方法是檢測 SR 場效應晶體管 (FET) 漏源電壓 (V DS ) 並在 V DS低於或高於特定電平時打開和關閉 SR 。在V DS感測方法需要毫伏級的精度，因此隻能在集成電路中實現。自驅動或其他低成本 SR 控製方案不適用於 LLC-SRC
，因為它們的電流饋電電容器負載輸出配置。因此，LLC-SRC SR 控製器電路的成本通常高於其他拓撲結構的成本。

為了解決這兩個挑戰——高電感器損耗和 SR 控製——並且仍然利用諧振轉換器可以提供的大部分優勢，請考慮使用改進的 CLL 多諧振轉換器 (CLL-MRC)，如圖2所示。

圖 2修改後的 CLL-MRC

與所有三個諧振元件（一個電容器和兩個電感器）都在輸入側的 CLL-MRC 不同，改進的 CLL-MRC 將一個電感器從輸入側移動到輸出側
，並將電感器放置在整流器之後 – L o，如圖2所示。這種修改允許諧振電感器上存在直流電流，這意味著較小的 ΔB 和可能較低的磁損耗。

在zai輸shu出chu端duan有you一yi個ge電dian感gan器qi也ye會hui將jiang輸shu出chu配pei置zhi從cong電dian流liu饋kui電dian電dian容rong器qi負fu載zai配pei置zhi更geng改gai為wei電dian壓ya饋kui電dian電dian感gan器qi負fu載zai配pei置zhi。電dian壓ya饋kui電dian電dian感gan負fu載zai配pei置zhi可ke實shi現xian低di成cheng本ben SR 控製方案，因為您可以將電感電壓用於感測信號。

圖 3說明了改進的 CLL-MRC 的操作，其中 f sw是轉換器開關頻率，f r1 = {2π[C r (L r1 //L r2 )] 0.5 } -1是兩個諧振頻率之一。當 f sw低於 f r1
，輸出繞組電流在開關周期結束前降至零
，就像 LLC-SRC 中zhong的de輸shu出chu繞rao組zu電dian流liu一yi樣yang。現xian在zai你ni在zai輸shu出chu端duan有you一yi個ge電dian感gan。一yi個ge簡jian單dan的de電dian容rong器qi和he電dian阻zu器qi組zu可ke以yi檢jian測ce輸shu出chu電dian感gan器qi電dian壓ya。每mei次ci發fa生sheng較jiao大da的de電dian壓ya變bian化hua率lv (dV/dt) 時
，就是開啟或關閉 SR 的時機。因此，SR 控製方案的成本低於 V DS感測方案。

當 f sw高於 f r1 時，輸出電感電流工作在連續導通模式。換句話說

，ΔB 變小，電感交流損耗可以小得多，轉換器效率可能比 LLC-SRC 更高。

圖 3修改後的 CLL-MRC 關鍵波形：f sw < f r1（左）
；f sw > f r1（右）

為了驗證這些性能假設，我構建了具有完全相同組件和參數的 LLC-SRC 和改進的 CLL-MRC 功率級。唯一的區別是使用 72μH 電感器作為 LLC-SRC 諧振電感器，使用 1μH 電感器作為改進的 CLL-MRC 輸出電感器。

圖 4顯示了兩個功率級的效率測量結果。在較低的輸入電壓下
，f sw小於 f r1 - 因此修改後的 CLL-MRC 中的 L o電流仍處於不連續導通模式，具有較大的 ΔB。因此，在這種操作條件下
，改進的 CLL-MRC 沒有效率優勢。

當輸入電壓升高時，f sw高於 f r1並且 L o電流處於連續導通模式。使用 430V 輸入時，改進後的 CLL-MRC 的效率比 LLC-SRC 高 1%。此比較表明，如果您將改進的 CLL-MRC 設計為始終在高於 f r1的頻率下運行，則其效率性能在整個範圍內可能優於 LLC-SRC。

圖 4不同輸入電壓電平下的轉換器效率：修改後的（頂部）CLL-MRC；（底部）LLC-SRC

LLC-SRC 確(que)實(shi)是(shi)一(yi)種(zhong)很(hen)好(hao)的(de)拓(tuo)撲(pu)結(jie)構(gou)
，並(bing)提(ti)供(gong)了(le)許(xu)多(duo)吸(xi)引(yin)人(ren)的(de)功(gong)能(neng)。但(dan)根(gen)據(ju)應(ying)用(yong)程(cheng)序(xu)，它(ta)可(ke)能(neng)不(bu)是(shi)最(zui)佳(jia)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)。有(you)時(shi)

，您(nin)需(xu)要(yao)跳(tiao)出(chu)思(si)維(wei)定(ding)勢(shi)，以(yi)更(geng)低(di)的(de)電(dian)路(lu)成(cheng)本(ben)實(shi)現(xian)更(geng)高(gao)的(de)效(xiao)率(lv)。

（來源:中電網）

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