LC串联谐振变换器与LLC谐振变换器的分析与比较

LC串联谐振变换器与LLC谐振变换器的分析与比较

杨宇辰郭玲刘艳梅龚浩男

（武汉科技大学湖北武汉430080）

摘要：谐振型变换器作为一种软开关变换技术，具有体积小、开关频率高、开关损耗小、效率高等优点。本文主要对LC串联谐振变换器与LLC谐振变换器的原理和结构等展开了分析和比较，希望为突破硬开关的瓶颈，减小开关损耗即实现开关管的软开关有一定的借鉴意义。

关键词：谐振变换器；开关变换；分析比较

高效率、高频化和高功率密度是开关电源发展的必然趋势，然而传统硬开关电路的开关损耗正比于开关频率，开关损耗的存在限制了变换器开关频率的提高，从而限制了变换器的小型化和轻量化。为突破硬开关的瓶颈，减小开关损耗即实现开关管的软开关，由此软开关技术应运而生。谐振型变换器作为软开关的一种，应用谐振原理，使开关电源中开关器件的电压或电流按正弦或准正弦规律变化，当电流自然过零时，使器件关断，电压为零时，使器件开通，从而使器件在关断和开通的过程中损耗接近为零。本文就LC串联谐振变换器以及LLC谐振变换器进行原理分析和比较。

1结构分析与比较

全桥式LC串联谐振变换器其结构相对简单，MOSFET管Q1、Q2和Q3、Q4分别构成逆变电路的上下两桥臂，Q1，Q3管驱动信号相同，Q2，Q4管驱动信号相同，谐振元件Lr、Cr串联构成谐振网络，谐振网络经过变压器，再经过全波整流电路后与负载RL串联，可知，谐振网络与负载形成了一个分压式结构，变压器既起到电压变换的作用，又起到隔离作用。图1为LLC全桥谐振变换器。与LC串联谐振变换器结构基本相同，不同的是谐振电路中增加了一个励磁电感Lm，与谐振电感Lr不同在于Lm是一个由变压器励磁产生的有限的值。

图1全桥式LLC谐振变换器

在全桥逆变电路中，MOS管Q1和Q3、Q2和Q4同时导通和截止，为180°互补导通。为避免上下桥臂形成直通导致短路，Q1和Q3、Q2和Q4两组驱动信号应设置一定的死区时间。由于一次侧谐振电感较大可以起到滤波作用，所以二次侧不用滤波电感只用一个较大的滤波电容即可，输出的电压可以得到比较平滑的直流电压。

2原理分析与比较

LLC全桥谐振变换器的工作状态在输入电压和谐振电流有相同频率的周期信号时，可通过谐振网络输入阻抗的性质来决定，因此有以下两种工作状态：谐振网络的输入阻抗为容性时，输入电压的相位滞后于谐振电流，当驱动信号到来时，反并二极管仍未导通，MOS管两端电压为输入电压，因此，开关管的开通为硬开关；当驱动信号消失的时候，开关管中电流为零，故实现零电流关断。当输入阻抗为感性时，输入电压超前于谐振电流，当驱动信号到来时，反并二极管已经导通，故可实现开关管的零电压开通；当驱动信号消失的时候，开关管中仍有电流流过，故其关断为硬开关。当谐振变换器负载一定时，谐振网络的输入阻抗的性质也是一定的，因此在LLC谐振变换器一定的情况下，不可能同时实现零电流关断和零电压开通。3结语

通过上述讨论可知，LC串联谐振变换器具有隔离作用，处于轻载状态下时，效率高，但难以控制输出电压，不具备很好的调控性能，若此时频率变化，则电压增益变化的敏感度也随之降低，负载变化范围较窄。LLC谐振变换器，一次侧可实现全负载范围内的零电压开通，二次侧整流二极管可实现零电流关断，输出电压可进行宽范围的调节，弥补了LC串联谐振变换器的不足。

参考文献：

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[2].半桥LLC谐振变换器的特性分析[J].刘玮,牛鸣德,夏永涛.现代机械.2011(05)

[3].LLC谐振变换器的参数设计[J].赵敏杰,戴瑶,张怀武.磁性材料及器件.2011(02)