LLC谐振变换器电路详解：半桥与全桥结构、工作原理及设计参数选择
LLC谐振变换器电路详解：半桥与全桥结构、工作原理及设计参数选择
LLC谐振变换器是一种高效的DC-DC电源变换拓扑结构，在服务器电源、LED驱动器和家电电源适配器等领域有着广泛应用。其核心优势在于通过谐振电路实现软开关，从而降低开关损耗，提升整体效率。本文将从电路结构、工作原理到设计参数选择，全面解析LLC谐振变换器的原理与应用。
LLC谐振电路的工作原理
LLC电路一般由三大部分组成：
输入级： 半桥或全桥MOSFET（图中为上方的两个或四个蓝色方块），负责将输入直流电转换成方波信号。
谐振腔： 包含电感和电容（如Lr、Lm和Cr），用于产生谐振电流，使得电路在谐振频率下工作。Lr和Cr组成串联谐振腔，而Lm是变压器的励磁电感，起到能量储存和调整频率的作用。
整流和输出级： 通常使用同步整流MOSFET或二极管桥（图中右侧的整流桥和滤波电容），将谐振腔的交流电整流为直流输出。
LLC谐振变换器的电路结构
LLC谐振变换器可以采用半桥或全桥结构。半桥结构使用两个MOSFET，而全桥结构则使用四个MOSFET。两种结构的主要区别在于输入电压的处理方式：
半桥结构： 输入电压被分成两半，分别加在两个MOSFET的漏极和源极之间。这种结构适用于较低的输入电压范围。
全桥结构： 输入电压保持完整，通过四个MOSFET的开关动作产生方波信号。这种结构适用于较宽的输入电压范围，且能提供更高的输出功率。
LLC谐振变换器的设计参数选择
设计LLC谐振变换器时，需要重点考虑以下几个关键参数：
谐振频率（Fr）： 谐振频率决定了电路的工作频率。通常，谐振频率应设置在开关频率的50%到70%之间，以确保电路在最佳效率点工作。
品质因数（Q值）： 品质因数反映了谐振腔的能量存储能力。较高的Q值意味着较低的损耗，但也会导致电路对参数变化更敏感。一般建议Q值在5到10之间。
磁芯材料和尺寸： 变压器的磁芯材料和尺寸直接影响电路的效率和成本。需要根据具体的应用需求选择合适的磁芯材料和尺寸。
MOSFET选择： MOSFET的开关速度、导通电阻和耐压等级都会影响电路的性能。需要根据电路的工作频率和输出功率选择合适的MOSFET。
总结
LLC谐振变换器通过谐振电路实现软开关，有效降低了开关损耗，提高了电源变换效率。其广泛应用于各种需要高效电源变换的场景，如服务器电源、LED驱动器和家电电源适配器等。通过合理选择电路结构和关键参数，可以设计出满足特定应用需求的LLC谐振变换器。