LLC諧振電源怎樣實現ZVS
2020-11-25 電子發燒友今天在進行《磁性元件與開關電源設計技術》企業內訓時；在開關電源設計技術－LLC設計調試技巧中對LLC的關鍵技術及易發生故障的狀況進行了分析；
LLC諧振電源如何實現ZVS應用及設計技巧提供參考！
LLC諧振變換器的優勢！電路分析架構如下：
第一，電路結構相對簡單，有較高的效率。
第二，它可以在整個運行範圍內，實現零電壓切換（ZVS）。所有寄生元件，包括所有半導體器件的結電容和變壓器的漏磁電感和激磁電感，都是用來實現ZVS 的，ZVS的實現具備的參數特性如何分解；首先看看電路的工作機理：
LLC架構的穩壓原理；將上述電路架構進行參數等效分析：
A．輸入電壓或負載（RL）變化時引起VR電壓變化
Zc＝1／sCr ZL＝sLr s＝2лf
B．迴路中確定Cr＆Lr的參數：上述等效電路通過改變頻率使1／sCr＋sLr（1／2лfCr ＋ 2лfLr）與Rac的分壓相應改變，最終維持負載電壓不變，即VR不變
當上面是有固定輸入的PFC電壓設計時，系統的負載變化時會造成系統工作頻率的變化，當負載增加時， MOSFET開關頻率減小，當負載減小時，開關頻率增大。
其電路的特點：
1．LLC 諧振變換器可以在寬負載範圍內實現零電壓開關。
2． 能夠在輸入電壓和負載大範圍變化的情況下調節輸出，同時開關頻率變化相對很小。
3． 諧振變換器採用頻率控制，上下管的佔空比各近似為50％．電路工作沒有偶次諧波分量，有好的EMI特性。
4． 無需輸出電感，可以進一步降低系統成本。
5． 對於低壓大電流設計如果輸出採用同步整流MOS，可以進一步提升效率。
設計中對於諧振電容的最小值要求：
Cr電容充當直流電源：存儲能量足以支撐Q2導通期間為負載提供能量
滿載功率為Pomax，最大輸入電壓Vinmax，電容存儲的能量＝直流電源的在Q1導通期間提供能量滿足如下公式要求：
Cr最小容值滿足：
通過對LLC變換器ZVS狀態下的模態分析：
在開關管關斷時刻，諧振槽路存儲的磁能必須大於兩個開關管輸出電容完成一次充、放電所需的電能，表示為：
式中Imoff是Q1關斷時刻磁化電感Lm的電流；節點Va處的總電容Czvs
為了防止直通現象，需要在兩個驅動信號之間增加一個死區時間Td，確保一個開關管徹底關斷後才允許另一個開關管開啟！
為了達到ZVS，在兩個MOSFET輪換開通之間存在死區時間TD。由於工作在感性區域，因此輸入電流滯後於輸入電壓，當半周期結束時，諧振腔的電流Ir仍然在流入，這個電流可以消耗儲存在Czvs上的電荷，從而使節點Va點的電壓降為零，所以在另一個開關MOS開啟時為零電壓開通。
在半周期結束時，諧振電流腔中的電流必須可以保證在TD時間內，將Czvs的電荷消耗完，這就是ZVS的充分條件！ 滿足基本表達式如下：
通過表達式：減少Td意味著增加Imoff，使得開關損耗和導通損耗增加。上式就變為磁化電感最大值的限制條件；
對於LLC 諧振電路來說死區時間的初始電流：
LLC諧振變換器能夠實現ZVS必須滿足：
通過上面的表達式，我們可以通過以下三種方式讓LLC實現ZVS．
第一， 增加IZVS．
第二， 增加死區時間。
第三， 減小等效電容Cds1＆Cds2或者器件的Coss．
在實際我們調試時發現，在開機啟動時LLC－諧振變換器啟動時存在二極反向恢復硬開關問題；
LLC－諧振變換器啟動時二極反向恢復／理論分析（如下示意圖參考）
LLC－諧振變換器啟動時的二極反向恢復硬開關問題，如何改善？
由於LLC工作狀態是ZVS；建議儘量增大開通電阻Rg1on＆Rg2on
LLC啟動時上管的D1反向恢復迴路通過設計高頻C 降低電流
我們是否還有更好的方法？當然優秀的LLC設計控制IC也會是不錯的選擇的！！
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杜佐兵
電磁兼容（EMC）線上＆線下高級講師
杜佐兵老師在電子行業從業近20年，是國家電工委員會高級註冊EMC工程師，武漢大學光電工程學院、光電子半導體雷射技術專家。目前專注於電子產品的電磁兼容設計、開關電源及LED背光碟機動設計。
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