半桥LLC谐振DC-DC变换器工作原理简析

LLC半桥谐振型的DC-DC变换器目前被广泛的应用在电动汽车、工业制造等领域，这种变换器具有高效率、高稳定性以及低损耗等优势，因此在最近几年越发的受到了生产商和消费群体的青睐。本文将会简单的就半桥LLC转换器的工作原理展开简要分析，帮助工程师更充分的了解这一类型的变换器的工作特性。

我们以最普通的LLC半桥谐振型变换器为例。该种类型的变换器主电路如下图所示，从下图中我们可以看到，两个主开关管Q1、Q2组成半桥结构，驱动信号是占空比为50%的互补模式工作（通常情况下为了防止上下桥臂直通，在信号带会有一定的死区时间），Q1、Q2互补导通，产生一方波电压Vmid作为谐振回路的输入。在该结构中，谐振电容Cr、谐振电感Lr和变压器励磁电感Lm构成LLC的谐振网络，其中谐振电容Cr也起隔直电容的作用。在变压器副边，二极管D1、D2组成带有中心抽头的全波整流电路，输出电压经输出电容Cout滤波后供负载使用。

图为LLC半桥谐振变换器电路图

从该结构图中我们可以比较清晰的看到，这种半桥LLC谐振型的DC-DC变换器在结构上采用两个串联电感和一个串联电容，其中Lr是谐振电感，Cr是谐振电容、Lm是激磁电感。这两个串联电感和串联电容形成了两个谐振频率。当副边整流二极管导通时，变压器副边电压箝位励磁电感Lm，Lm两端电压恒定不参与谐振，谐振元件为谐振电感Lr、谐振电容Cr，定义谐振频率为：

而当副边整流二极管处于截止状态时，该结构中的变压器与副边断开，此时既没有能量从原边传输到副边，Lm不再被副边电压箝位，此时谐振元件为谐振电感Lr、谐振电容Cr、激磁电感Lm，定义谐振频率为：

在平时的运行过程中，由于半桥LLC谐振型的DC-DC变换器采用的是变频控制，因此其能量传输是通过改变开关频率fs来调节的。在通常情况下，半桥LLC谐振变换器具有不同的工作模式，根据开关管的工作频率fs和谐振频率fr、fm的关系，以及输入电压和负载等因素，LLC谐振变换器可分为fs>fr、fm<fs<fr和fs=fr三个运行模式，当fr小于fm，这个阶段应该尽量避免其发生。