半桥LLC谐振变换器介绍
LLC谐振半桥工作原理
精心整理页脚内容LLC 谐振半桥工作原理引言随着开关电源的发展，软开关技术得到了广泛的发展和应用，已研究出了不少高效率的电路拓扑，主要为谐振型的软开关拓扑和PWM 型的软开关拓扑。
近几年来，随着半导体器件制造技术的发展，开关管的导通电阻，寄生电容和反向恢复时间越来越小了，这为谐振变换器的发展提供了又一次机遇。
对于谐振变换器来说，如果设计得当，能实现软开关变换，从而使得开关电源具有较高的效率。
LLC 谐振变换器实际上来源于不对称半桥电路，后者用调宽型(PWM)控制，而LLC 谐振是调频型（PFM ）。
一、LLC 谐振变换器原理图1LLC 谐振原理图图2LLC 谐振波形图精心整理页脚内容图1和图2分别给出了LLC谐振变换器的电路图和工作波形。
图1中包括两个功率MOSFET（S1和S2），其占空比都为0.5；谐振电容Cs，副边匝数相等的中心抽头变压器Tr，Tr的漏感Ls，激磁电感Lm，Lm在某个时间段也是一个谐振电感，因此，在LLC谐振变换器中的谐振元件主要由以上3个谐振元件构成，即谐振电容Cs，电感Ls和激磁电感Lm；半桥全波整流二极管D1和D2，输出电容Cf。
LLC变换器的稳态工作原理如下：1）（t1，t2）当t=t1时，S2关断，谐振电流给S1的寄生电容放电，一直到S1上的电压为零，然后S1的体内二级管导通。
此阶段D1导通，Lm上的电压被输出电压钳位，因此，只有Ls和Cs参与谐振。
2）（t2，t3）当t=t2时，S1在零电压的条件下导通，变压器原边承受正向电压；D1继续导通，S2及D2截止。
此时Cs和Ls参与谐振，而Lm不参与谐振。
3）（t3，t4）当t=t3时，S1仍然导通，而D1与D2处于关断状态，Tr副边与电路脱开，此时Lm，Ls和Cs一起参与谐振。
实际电路中Lm>>Ls,因此，在这个阶段可以认为激磁电流和谐振电流都保持不变。
4）（t4，t5）当t=t4时，S1关断，谐振电流给S2的寄生电容放电，一直到S2上的电压为零，然后S2的体内二级管导通。
半桥llc+同步整流
半桥llc+同步整流
“半桥LLC+同步整流”是一种电源转换技术，其中LLC（谐振转换器）和同步整流是两个关键组成部分。
1.LLC：LLC是一种谐振转换器，它利用磁性元件和开关元件的谐振特性，实
现高效率的电能转换。
LLC转换器具有高效率、高功率密度和易于并联等优点，因此在许多电源应用中得到广泛应用。
2.同步整流：同步整流是一种整流技术，它使用MOSFET（金属氧化物半导
体场效应晶体管）代替传统的肖特基二极管进行整流。
由于MOSFET具有低导通电阻和高电子饱和迁移率，因此同步整流可以显著提高整流效率。
在“半桥LLC+同步整流”中，半桥LLC作为主电路，同步整流作为整流部分。
这种技术结合了LLC的高效率和同步整流的低损耗特性，可以实现更高的电源效率。
总结来说，“半桥LLC+同步整流”是一种高效、低损耗的电源转换技术，它结合了LLC谐振转换器和同步整流的优点，可以应用于许多需要高效率、高功率密度的电源应用中。
半桥LLC谐振转换器的配置与特性讲解
半桥LLC谐振转换器的配置与特性讲解
等离子和液晶电视如今已经走入了千家万户，这两种电器的开关电源设计比较特殊，只能采用有源或者无源PFC模式，并且需要能够长时间在无散热通风的环境下工作。
这就要求电源不仅要拥有高功率密度和平滑的电磁干扰信号，还要尽量少的使用元器件。
而在这些方面，半桥LLC谐振转换器拥有诸多的优势。
半桥LL谐振电容和谐振电感的配置
单谐振电容和分体谐振电容都存在于半桥转换器当中。
如图1所示。
对于单谐振电容配置而言，它的输入电流纹波和均方根(RMS)值较高，而且流经谐振电容的均方根电流较大。
这种方案需要耐高压(600~1,500V)的谐振电容。
不过，这种方案也存在尺寸小、布线简单等优点。
(a)单谐振电容;(b)分体谐振电容。
图1：半桥LLC转换器的两种不同配置
分体谐振电容相较于单个谐振电容而言，其输入电流纹波和均方根值较小。
谐振电容仅处理一半的均方根电流，且所用电容的电容量仅为单谐振电容的一半。
当利用钳位二极管(D3和D4)进行简单、廉价的过载保护时，这种方案中，谐振电容可以采用450V较低额定电压工作。
顾名思义，半桥LLC转换器中包含2个电感(励磁电感Lm和串联的谐振电感Ls)。
根据谐振电感位置的不同，谐振回路也包括两种不同的配置，一种为分立解决方案，另一种为集成解决方案。
这两种解决方案各有其优缺点，采用这两种方案的LLC的工作方式也有轻微差别。
将谐振电感安装在变压器外面是有目地的。
其能够帮助设计者提高设计的。
【必看！】半桥LLC谐振DC-DC变换器工作原理详解
【必看！】半桥LLC谐振DC-DC变换器⼯作原理详解2019作为⼀种被⼴泛应⽤在汽车交通、⼯业控制等领域的重要元件，⽬前DC-DC变换器已经发展出了多种不同的种类，其中，LLC谐振DC-DC变换器的应⽤范围⼗分⼴泛。
本⽂将会就该种类型的DC-DC变换器⼯作原理进⾏详细介绍，希望能够对各位新⼈⼯程技术⼈员的设计⼯作提供⼀些帮助。
在实际的应⽤过程中，相信很多⼯程师对于半桥LLC谐振DC-DC变换器都不会陌⽣。
这种变换器除了具有应⽤范围⾮常⼴泛之外，还具有输出功率⾼、转换效率⾼等显著特点，其主电路结构如下图图1所⽰。
LLC谐振变换器⼀般包括三部分：⽅波产⽣电路、谐振⽹络和输出电路。
图1 半桥LLC谐振变换器的主电路结构通常情况下，在变换器的设计和应⽤过程中，⽅波产⽣电路可以是半桥或全桥结构，这主要是根据功率需求来进⾏选择。
通过⾼低端开关管的交替导通，将直流输⼊转换为⽅波。
当然，为防⽌它们同时导通，LLC谐振控制器普遍会在⾼低端开关管的驱动信号之间插⼊固定或可调的死区时间。
LLC谐振DC-DC变换器的谐振⽹络由三个谐振原件构成，分别为谐振电容Cs，谐振电感Ls和激磁电感Lm。
从图1所给出的半桥LLC谐振DC-DC变换器的主电路结构图中可以看出，该电路系统由以下元件构成：两个功率MOSFETQ1、Q2，Q1和Q2的占空⽐都是0.5，采⽤固定死区的互补调频控制⽅式来进⾏控制。
图1还中分别给出了Q1和Q2的半导体⼆极管和寄⽣电容、谐振电容Cs、理想变压器、并联谐振电感Lm、串联谐振电感Ls、全桥整流⼆极管（D1、D2、D3、D4）、输出电容C0和负载R0。
在图1所⽰的半桥谐振变换器主电路系统中，当⽅波馈⼊谐振⽹络后，电流波形和电压波形将产⽣相位差。
开关损耗为流过开关管的电流与其源漏极两端的电压乘积。
此时，由于Q1、Q2在电流流过半导体⼆极管时开启，开启电压很低，所以损耗很⼩。
LLC谐振变换器电路有两个谐振频率，⼀个是谐振电感Ls和谐振电容Cs的谐振频率，⼀个是Lm加上Ls与Cs的谐振频率，即：在上⽂所提供的两个公式中，所求得的参数fr1为Cs与Ls的谐振频率，参数fr2为Cs、Ls和Lm 的谐振频率，很显然，参数fr1>fr2。
半桥llc谐振变换器工作原理_概述及解释说明
半桥llc谐振变换器工作原理概述及解释说明1. 引言1.1 概述本篇文章主要介绍了半桥LLC谐振变换器的工作原理，从基础概念出发，逐步深入解释其原理和设计考虑。
半桥LLC谐振变换器作为一种高效率、高稳定性的电源转换器，在工业、计算机以及新能源领域应用广泛。
通过该文章的阅读，读者可以全面了解半桥LLC谐振变换器的内部结构、工作原理以及应用案例分析，并对实现该变换器的关键要点有所掌握。
1.2 文章结构本文共分为五个主要部分：引言、半桥LLC谐振变换器工作原理、实现半桥LLC 谐振变换器的要点、实际应用案例分析以及结论与展望。
在引言中，将简要概括文章内容并说明目的，帮助读者对全文有一个初步的认识和预期。
接下来，我们将详细介绍半桥LLC谐振变换器的工作原理，包括概述、原理详解以及关键参数和设计考虑。
然后，我们将讨论实现该变换器所需注意的要点，包括控制策略选择与设计、调节回路设计与优化以及功率传输与效率提升技术。
随后，通过实际应用案例分析，我们将覆盖工业、计算机和新能源领域中半桥LLC谐振变换器的具体应用情况。
最后，在结论与展望部分，对文章进行总结，并展望未来该领域的研究方向。
1.3 目的本文的目的是介绍半桥LLC谐振变换器的工作原理及其相关要点和应用案例，为读者提供一个全面深入的了解。
通过本文，读者将能够掌握该变换器的基本概念、内部结构以及关键设计参数和考虑因素。
此外，通过实际应用案例分析，读者可以更好地了解半桥LLC谐振变换器在不同领域中的具体应用场景和效果。
最后，在结论与展望部分，我们会对该领域未来发展方向进行初步讨论。
希望通过这篇文章，读者可以加深对半桥LLC谐振变换器的理解，并在相关领域中有所应用和创新。
2. 半桥LLC谐振变换器工作原理2.1 谐振变换器概述谐振变换器是一种常用的电力电子转换器，其主要目的是将电能从一个形式转换为另一个形式。
在半桥LLC谐振变换器中，输入直流电压会被转换成高频交流电压，并通过输出侧得到所需的功率输出。
半桥LLC谐振变换器介绍
半桥LLC谐振变换器介绍半桥LLC谐振变换器由一个半桥拓扑架构和一个LLC谐振网络组成。
半桥拓扑意味着变换器的输入端上有两个开关，一个用于连接正极电源，另一个用于连接负极电源。
这种拓扑结构使得半桥LLC谐振变换器能够实现双向电能传输，即可以将电能从正极电源转移到负极电源，也可以将电能从负极电源转移到正极电源。
LLC谐振网络是变换器的核心部分，由一个电感、两个电容和一个开关组成。
谐振网络是为了减小开关器件的开关损耗而设计的，通过合理选择电感和电容的参数，使得串联谐振电路在工作过程中能够保持恒定的频率，从而降低了功率转换过程中的功率损耗。
半桥LLC谐振变换器具有许多优点，使其成为电力电子领域中常用的变换器之一、首先，它具有高效率。
由于谐振网络的存在，半桥LLC谐振变换器在工作过程中能够实现零电压开关，即在开关器件切换时，电流为零，从而减小了开关损耗。
其次，它具有高频率。
谐振网络的设计使得变换器能够在高频率下工作，从而减小了磁性元件的体积和重量。
此外，半桥LLC谐振变换器还具有高功率密度的特点，能够在小尺寸的空间内实现高功率的转换。
半桥LLC谐振变换器在实际应用中具有广泛的用途。
它可以应用于电力电子系统中的各种场景，如电动汽车充电器、太阳能逆变器和数据中心的电源供应等。
同时，由于其高效率、高频率和高功率密度的特点，半桥LLC谐振变换器也成为了新能源领域、工业自动化领域和通信领域中的研究热点。
总之，半桥LLC谐振变换器是一种高效率、高频率和高功率密度的电力电子变换器。
它由半桥拓扑架构和LLC谐振网络组成，能够实现双向电能传输。
在实际应用中，半桥LLC谐振变换器具有广泛的用途，被广泛应用于各种电力电子系统中。
LLC谐振半桥原理
LLC谐振半桥原理LLC谐振半桥是一种常见的谐振拓扑结构，它由LLC谐振电路和半桥逆变器组成。
LLC谐振电路通过控制功率器件的开关状态来实现能量从输入到输出的转换。
而半桥逆变器则通过改变开关管的导通与关断来改变输出波形的相位。
1.输入端：输入端接入交流电源，其交流电压经过整流、滤波等处理后得到直流电压。
这个直流电压需要在一定的范围内，以供电路正常工作。
2.LLC谐振电路：谐振电路由一个电感L、一个电容C和一个电阻R组成。
其工作原理是在开关管导通时，电感L储存能量，当开关管关断时，电感L释放能量，通过电容C和电阻R将能量转换为输出电压。
电感L与电容C形成谐振回路，通过调节电容C和电感L的值，可以实现不同的谐振频率。
3.控制电路：控制电路用于控制开关管的导通与关断，以控制输出波形的相位和输出功率。
控制电路通常由控制芯片、隔离变压器、误差放大器、比较器、驱动器等组成。
4.半桥逆变器：半桥逆变器由两个开关管组成，这两个开关管交替导通与关断，通过改变开关管的导通与关断时间，可以实现输出波形的控制。
半桥逆变器的输出通过输出变压器进行隔离和变压，输出波形可调节为正弦波、方波等。
LLC谐振半桥的工作原理是在输入端的交流电压经过整流、滤波之后，进入谐振电路进行谐振。
开关管根据控制电路的信号进行导通与关断，谐振电路将能量转换为输出电压。
通过半桥逆变器的控制，可以实现输出波形的控制。
1.高效率：LLC谐振电路使得功率器件的开关损耗降低，减少了功率损耗。
谐振拓扑结构采用了谐振回路，提高了能量转换效率。
2.高频率：LLC谐振半桥可以支持高频率运行，提高了系统的功率密度和体积。
高频率运行还可以减小输出过渡过程的时间，提高系统的响应速度。
3.输出波形可调：通过调节控制电路和半桥逆变器，可以实现输出波形的控制，使得输出波形变得更加准确和稳定。
4.适应性强：LLC谐振半桥可以适应不同的输入电压变化，并能够提供稳定的输出电压。
同时，谐振拓扑结构可以适应不同的功率需求，适用于多种应用领域。
半桥LLC谐振变换器介绍
半桥LLC 谐振变换器目录概述硬开关与软开关分析对比LLC 工作原理工作模态分析效率分析计算设计总结概述全球对降低能耗的需求正在促进节能技术的推广。
在70W-600W 交流输入电源中，目前可能会做到更好功率，当然前提交流输入电源中目前可能会做到更好功率当然前提是很好的解决输出电压纹波噪声的基础上，由于LLC 谐振转换器（效率通常在90%以上）的效率高于标准电源拓扑，所以其运用越来越广泛。
本这为了设计出更高效率电源的目的，我们在以下报告内容探讨LLC谐振转换器相比硬开关转换器的功能优势，开关工作原理，谐振工作模态，效率计算分析等，做一个简要的介绍。
硬开关与软开关分析对比¾Hard switchHigher switching losses limit switching frequency.¾Low power density-¾Lower efficiency¾-Higher flux density level of transformer, bigger core size.¾Poor EMI ( high dv/dt and di/dt )¾Poor cross regulation¾Higher output ripple noiseHi h h l i i¾Higher thermal agitation ¾Higher voltage stress on MOSFET and rectifier diode硬开关与软开关分析对比Soft switch (LLC converter)9High efficiency9Primary MOS Zero-Voltage Switching9Secondary Rectifier Diode Zero -Current Switching & low Vf. 9High power density9Lower flux density level of transformer, smaller core size. 9Good EMI ( low dv/dt and di/dt)G d EMI(l d/dt d di/dt9Better cross regulation9Lower output ripple noise9Low thermal agitation9Cost effective9Low voltage stress on MOSFET and rectifier diode Simple Topology9LLC谐振变换器模块图谐振电感和漏感（包括初级侧漏感&次级侧漏感反射到初级并联Lm后的总和）L50%duty谐振电容和网络中的寄生电容之和LLC谐振转换器的简化AC等效电路LLC 变换器的直流特性分析基波分析法等效负载阻抗Rac推导考虑到变压器负载阻抗和变压器变比的平方成正比200228P V n R ac ∗∗=π9存在两个谐振频率Fr1&Fr2。
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半桥LLC 谐振变换器目录概述硬开关与软开关分析对比LLC 工作原理工作模态分析效率分析计算设计总结概述全球对降低能耗的需求正在促进节能技术的推广。
在70W-600W 交流输入电源中，目前可能会做到更好功率，当然前提交流输入电源中目前可能会做到更好功率当然前提是很好的解决输出电压纹波噪声的基础上，由于LLC 谐振转换器（效率通常在90%以上）的效率高于标准电源拓扑，所以其运用越来越广泛。
本这为了设计出更高效率电源的目的，我们在以下报告内容探讨LLC谐振转换器相比硬开关转换器的功能优势，开关工作原理，谐振工作模态，效率计算分析等，做一个简要的介绍。
硬开关与软开关分析对比¾Hard switchHigher switching losses limit switching frequency.¾Low power density-¾Lower efficiency¾-Higher flux density level of transformer, bigger core size.¾Poor EMI ( high dv/dt and di/dt )¾Poor cross regulation¾Higher output ripple noiseHi h h l i i¾Higher thermal agitation ¾Higher voltage stress on MOSFET and rectifier diode硬开关与软开关分析对比Soft switch (LLC converter)9High efficiency9Primary MOS Zero-Voltage Switching9Secondary Rectifier Diode Zero -Current Switching & low Vf. 9High power density9Lower flux density level of transformer, smaller core size. 9Good EMI ( low dv/dt and di/dt)G d EMI(l d/dt d di/dt9Better cross regulation9Lower output ripple noise9Low thermal agitation9Cost effective9Low voltage stress on MOSFET and rectifier diode Simple Topology9LLC谐振变换器模块图谐振电感和漏感（包括初级侧漏感&次级侧漏感反射到初级并联Lm后的总和）L50%duty谐振电容和网络中的寄生电容之和LLC谐振转换器的简化AC等效电路LLC 变换器的直流特性分析基波分析法等效负载阻抗Rac推导考虑到变压器负载阻抗和变压器变比的平方成正比200228P V n R ac ∗∗=π9存在两个谐振频率Fr1&Fr2。
不变9无论负载怎么变化在谐振频率处增量M=1不变。
9峰值增益在Fr1 与Fr2之间达到最大。
着9随着Q 值的降低（负载的降低），峰值增益向Fr2移动。
LrLm Lp +=R LrQ Ron Rac ××=228πCrLp RacCr Qe p ×==ωCrLr ×=0ω¾谐振转换器的优势在于它采用了零电压开关（ZVS)，电路中的开关在其两端电压极低时导通。
由于开关损耗和流经开关管上的电流和开关上的电压有关。
而电压几乎为零，所以开通时的损耗极低。
¾当然只有电流滞后于电压才能实现零电压开关。
¾需要一定的死区时间确保Q1&Q2不会直通。
¾在关断期间不是无损的。
零电压开关的电容必须完全放电而充电时间应该不超过¾为了确保Q2零电压开关，Q1的电容必须完全放电。
而充电时间应该不超过死区时间，有以下关系式。
b ∗swbus OSS I V C Tsw=Mosfet零电压开关波形LLC的稳压原理LLC 的DC特性曲线F 1Cr Lr Lm F r ×+=)(212πCr Lr Fr ×=π21Gain>1,DCM waveform工作在谐振点的左边，Fsw<Fr1次级侧肖特基二极管可以实现次侧肖特基极管实Soft commutation,所以次级肖特基二极管无反向恢复问题。
但造成环路Large current!L g t!Gain<1, CCM waveform工作在谐振点的右边，Fsw>Fr1对于低压输出的场合，，CCM mode 有利于降低Current ,降低导通loss .但在高压输出的应用场合，大的反向恢复损耗不比节省的导通损耗小。
稳态工作波形Series-resonant LLC Half-Bridge Topology and features (Fsw=Fr1)LLC Resonant Half-bridge Waveforms at resonance(Fsw=Fr1)LLC Resonant Half-bridge Switching details at resonance(Fsw=Fr1)LLC Resonant Half-bridge Operating Sequence at resonance(Fsw=Fr1)LLC Resonant Half-bridge Operating Sequence at resonance(Fsw=Fr1)LLC Resonant Half-bridge Operating Sequence at resonance(Fsw=Fr1)LLC Resonant Half-bridge Operating Sequence at resonance(Fsw=Fr1)LLC Resonant Half-bridge Operating Sequence at resonance(Fsw=Fr1)LLC Resonant Half-bridge Operating Sequence at resonance(Fsw=Fr1)LLC Resonant Half-bridge Waveforms above resonance(Fsw>Fr1)LLC Resonant Half-bridge Swithing details above resonance(Fsw>Fr1)LLC Resonant Half-bridge Operating Sequence above resonance(Fsw>Fr1)LLC Resonant Half-bridge Operating Sequence above resonance(Fsw>Fr1)LLC Resonant Half-bridge Operating Sequence above resonance(Fsw>Fr1)LLC Resonant Half-bridge Operating Sequence above resonance(Fsw>Fr1)LLC Resonant Half-bridge Waveforms below resonance(Fsw<Fr1)LLC Resonant Half-bridge Switching details below resonance(Fsw<Fr1)LLC Resonant Half-bridge Operating Sequence below resonance(Fsw<Fr1)LLC Resonant Half-bridge Operating Sequence below resonance(Fsw<Fr1)LLC Resonant Half-bridge Operating Sequence below resonance(Fsw<Fr1)LLC Resonant Half-bridge Capacitive modeLLC resonant converter can not enter Capacitive mode. Why it must be avoided?LLC Resonant Half-bridge Capacitive modeThe answer is:Once working in capacitive mode ZCS can be achieved,but ZVS is lost,whichcause:1.Hard switching of Q1&Q2 :High switching losses at turn on and very high capcitivelosses at turn off2.Body diode of Q1&Q2 is reverse-reconvered; high current spikes at turn-on,additional power dissiation;MOSFETs will esaily blow up.rge negative voltage spikes in the HB midpoint that may cause the control IC tofail .4.due to frequency VS energy relationship is reversed.so converter operating4due to frequency VS energy relationship is reversed sofrequency would run away towards its minimum.LLC Resonant Half-bridge Waveforms in capacitive mode。