學習LLC,工程師必須要掌握的十大經典問題!
2020-12-07 電子工程專輯任何一個網絡都是呈現感性、容性和純阻性三種狀態，對於 LLC 網絡而言同樣存在以上三種狀態，根據輸入及負載變化由容性‐阻性‐感性而變化；如下圖所示為 LLC 等效模型。
工作在純阻性區域是我們理想的工作狀態，因為阻性網絡的品質因素最高，網絡特性最好；
工作在容性區域的話電流超前於電壓，對於前級開關管而言容易實現 ZCS 關斷，這個區域比較適合 IGBT；工作在感性區域的話電壓超前於電流，對於前級開關管而言容易實現 ZVS開通，這個區域比較適合 MOSFET；
對於中小功率電源而言普遍使用 MOSFET，因此常規 LLC 拓撲開關電源選擇工作於感性區域。
LLC 網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 以及負載條件決定。負載加重，諧振頻率將會升高。如下圖，
LLC 增益曲線圖
在整個感性區域都能實現 ZVS，在 ZVS1 區不能實現次級整流管的 ZCS 關斷，存在反向恢復問題；在 ZVS2 區可以實現次級整流管的 ZCS 關斷，不存在反向恢復問題。因此對於選擇網絡工作於 ZVS1 還是 ZVS2 區域有不同看法。從理論上來講工作於 ZVS2區域效率高於 ZVS1 區；總之越接近於諧振點（增益為 1）的工作點效率越高，同是兼顧短路性能等問題，建議工作點選擇略大於諧振點（基於 LLC 短路問題靠增加頻率來提高網絡的等效阻抗來保護這一特性）。
LLC 工作在感性區域，因此開通是 ZVS，但關斷即不是 ZVS 也不是 ZCS，是硬開關的，關斷損耗不可避免，但對於 MOSFET 而言，開通損耗相對關斷損耗大很多，對於 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。
我們計算反激或者正激電路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？在 LLC 上管開通的半個周期內母線給 LLC 網絡輸入能量，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絡輸入了能量， 即時間的利用率是一半，等效於輸入電壓的利用率為 1/2。
LLC 半橋諧振電路中，根據這個諧振電容的不同聯結方式，典型 LLC 諧振電路有兩種連接方式，不同之處在於 LLC 諧振腔的連接，左圖採用單諧振電容（Cr），其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；右圖採用分體諧振電容（C1, C2），其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，且電容量僅為左圖單諧振電容的一半。比較而言，分體諧振優勢不大。
先說說集成諧振電感的方式，這種方式是利用變壓器初級漏感來做諧振電感的，優點是體積小，成本低，缺點是漏感很難控制，和你的變壓器繞法，初級匝數存在著緊密的聯繫，因此諧振參數不好調節，性能難做到最優；獨立諧振電感的方式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範圍內，這樣做的優點是容易調節諧振電感與勵磁電感低比例，優化起來更靈活，容易調節到一個理想狀態，缺點是增加了一個諧振電感增加體積，布線難度和成本；因此一般功率較小的電源都更願意使用集成諧振電感，成本相對較低，性能要求不是很苛刻；功率大的更願意使用外置諧振電感，性能容易優化。
彌勒電容（Cgd）對於 MOSFET 而言是寄生於柵極和漏極之間的電容，對於硬開關電路而言，驅動電流對 Cgs 和 Cgd 充電，並且開始開通，而在開通過程中， Vds 電壓下降，所以Cgd 開始放電，故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一個短暫的平臺，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。
對於 LLC 而言，開關管是 ZVS 開通的，因此對於功率稍大的可以直接並聯開關管，不存在彌勒效應或者說將彌勒效應降到最低。
這裡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。
PWM 的控制器輸出電壓可調節範圍可以做到很寬，只要供電正常,IC 就能做到輸出電壓範圍很寬的電源，這對於做恆流款電源而言具有很大優勢；LLC 是 PFM 控制方式的，只能通過更改頻率實現輸出電壓的變化，由增益曲線圖可以知道增益變化範圍相對很小，要實現寬電壓範圍的輸出特性不好實現，輸出電壓越低，工作頻率越高，從而開關損耗，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，這樣就增加了環路調節的難度，跳周期紋波不好控制，性能也不是最優，因此 LLC 不適合太寬範圍的恆流輸出。
ZVS前提就是電壓超前於電流，所以要滿足LLC整個負載範圍內都處於感性區域，這個最基本的一個條件，還有一個條件往往被忽視。
要實現開關管的ZVS， 勵磁電感峰值電流im 必須在死區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ZVS， 應滿足如下的勵磁電感峰值電流Ipk 與死區時間的關係：
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