LLC為何要工作在感性區(qū)域？

1、 LLC 為何要工作在感性區(qū)域？

任何一個(gè)網(wǎng)絡(luò)都是呈現(xiàn)感性、容性和純阻性三種狀態(tài)，對(duì)于 LLC 網(wǎng)絡(luò)而言同樣存在以上三種狀態(tài)，根據(jù)輸入及負(fù)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(qū)域是我們理想的工作狀態(tài)，因?yàn)樽栊跃W(wǎng)絡(luò)的品質(zhì)因素最高，網(wǎng)絡(luò)特性最好；

工作在容性區(qū)域的話電流超前于電壓，對(duì)于前級(jí)開(kāi)關(guān)管而言容易實(shí)現(xiàn) ZCS 關(guān)斷，這個(gè)區(qū)域比較適合 IGBT；工作在感性區(qū)域的話電壓超前于電流，對(duì)于前級(jí)開(kāi)關(guān)管而言容易實(shí)現(xiàn) ZVS開(kāi)通，這個(gè)區(qū)域比較適合 MOSFET；

對(duì)于中小功率電源而言普遍使用 MOSFET，因此常規(guī) LLC 拓?fù)?a target="_blank">開(kāi)關(guān)電源選擇工作于感性區(qū)域。

2、 ZVS1 和 ZVS2 各有什么優(yōu)缺點(diǎn)，如何選擇？

LLC 網(wǎng)絡(luò)存在兩個(gè)電感一個(gè)電容， 也就是說(shuō)存在兩個(gè)諧振點(diǎn)， 一個(gè)是 Lr 和 Cr 的諧振點(diǎn)，另一個(gè)諧振點(diǎn)由 Lm， Cr 以及負(fù)載條件決定。負(fù)載加重，諧振頻率將會(huì)升高。如下圖，

LLC 增益曲線圖

在整個(gè)感性區(qū)域都能實(shí)現(xiàn) ZVS，在 ZVS1 區(qū)不能實(shí)現(xiàn)次級(jí)整流管的 ZCS 關(guān)斷，存在反向恢復(fù)問(wèn)題；在 ZVS2 區(qū)可以實(shí)現(xiàn)次級(jí)整流管的 ZCS 關(guān)斷，不存在反向恢復(fù)問(wèn)題。因此對(duì)于選擇網(wǎng)絡(luò)工作于 ZVS1 還是 ZVS2 區(qū)域有不同看法。從理論上來(lái)講工作于 ZVS2區(qū)域效率高于 ZVS1 區(qū)；總之越接近于諧振點(diǎn)（增益為 1）的工作點(diǎn)效率越高，同是兼顧短路性能等問(wèn)題，建議工作點(diǎn)選擇略大于諧振點(diǎn)（基于 LLC 短路問(wèn)題靠增加頻率來(lái)提高網(wǎng)絡(luò)的等效阻抗來(lái)保護(hù)這一特性）。

3、 LLC 初級(jí) MOSFET 是 ZVS 關(guān)斷還是 ZCS 關(guān)斷？

LLC 工作在感性區(qū)域，因此開(kāi)通是 ZVS，但關(guān)斷即不是 ZVS 也不是 ZCS，是硬開(kāi)關(guān)的，關(guān)斷損耗不可避免，但對(duì)于 MOSFET 而言，開(kāi)通損耗相對(duì)關(guān)斷損耗大很多，對(duì)于 LLC 的 ZVS 而言是指開(kāi)通時(shí)刻的 ZVS，因此可以大大降低開(kāi)關(guān)損耗。

4、為何計(jì)算 LLC 匝比的時(shí)候要用母線電壓的一半？

我們計(jì)算反激或者正激電路時(shí)都是使用母線電壓來(lái)設(shè)計(jì)匝比， 但是 LLC 為何只使用母線電壓的一半來(lái)計(jì)算匝比？在 LLC 上管開(kāi)通的半個(gè)周期內(nèi)母線給 LLC 網(wǎng)絡(luò)輸入能量，這個(gè)能量一部分直接傳遞給輸出，另一部分儲(chǔ)存在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，在下管開(kāi)通的半個(gè)周期內(nèi)，依靠諧振電容和諧振電感輸出能量。所以只有上半個(gè)周期母線給網(wǎng)絡(luò)輸入了能量， 即時(shí)間的利用率是一半，等效于輸入電壓的利用率為 1/2。

5、 LLC 分體諧振電容有什么優(yōu)缺點(diǎn)？

LLC 半橋諧振電路中，根據(jù)這個(gè)諧振電容的不同聯(lián)結(jié)方式，典型 LLC 諧振電路有兩種連接方式，不同之處在于 LLC 諧振腔的連接，左圖采用單諧振電容（Cr），其輸入電流紋波和電流有效值較高，但布線簡(jiǎn)單，成本相對(duì)較低；右圖采用分體諧振電容（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(guò)一半的有效值電流，且電容量?jī)H為左圖單諧振電容的一半。比較而言，分體諧振優(yōu)勢(shì)不大。

6、 LLC 獨(dú)立諧振電感和集成諧振電感各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？

先說(shuō)說(shuō)集成諧振電感的方式，這種方式是利用變壓器初級(jí)漏感來(lái)做諧振電感的，優(yōu)點(diǎn)是體積小，成本低，缺點(diǎn)是漏感很難控制，和你的變壓器繞法，初級(jí)匝數(shù)存在著緊密的聯(lián)系，因此諧振參數(shù)不好調(diào)節(jié)，性能難做到最優(yōu)；獨(dú)立諧振電感的方式是通過(guò)外置一個(gè)諧振電感， 同時(shí)控制主變壓器的漏感在很小的范圍內(nèi)，這樣做的優(yōu)點(diǎn)是容易調(diào)節(jié)諧振電感與勵(lì)磁電感低比例，優(yōu)化起來(lái)更靈活，容易調(diào)節(jié)到一個(gè)理想狀態(tài)，缺點(diǎn)是增加了一個(gè)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愿意使用集成諧振電感，成本相對(duì)較低，性能要求不是很苛刻；功率大的更愿意使用外置諧振電感，性能容易優(yōu)化。

7、 LLC 的開(kāi)關(guān)管能否直接并聯(lián)？

彌勒電容（Cgd）對(duì)于 MOSFET 而言是寄生于柵極和漏極之間的電容，對(duì)于硬開(kāi)關(guān)電路而言，驅(qū)動(dòng)電流對(duì) Cgs 和 Cgd 充電，并且開(kāi)始開(kāi)通，而在開(kāi)通過(guò)程中， Vds 電壓下降，所以Cgd 開(kāi)始放電，故此時(shí)需較大的驅(qū)動(dòng)電流要對(duì) Cgd 充電，這會(huì)導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)電壓波形出現(xiàn)一個(gè)短暫的平臺(tái)，所謂的米勒平臺(tái)。關(guān)斷的時(shí)候， DS 電壓急劇上升， DG 電容會(huì)流過(guò)電流對(duì) GS 電容充電，引起二次導(dǎo)通。要消除開(kāi)通時(shí)刻的彌勒效應(yīng)，在開(kāi)關(guān)管即將開(kāi)通的時(shí)刻 DS 電壓為零，即 ZVS。

對(duì)于 LLC 而言，開(kāi)關(guān)管是 ZVS 開(kāi)通的，因此對(duì)于功率稍大的可以直接并聯(lián)開(kāi)關(guān)管，不存在彌勒效應(yīng)或者說(shuō)將彌勒效應(yīng)降到最低。

8、 LLC 的諧振電容和輸出功率有什么關(guān)系？

這里使用一個(gè)公式說(shuō)明吧，

很顯然，功率越大需要的諧振電容容量越大。

9、LLC 是否適合做恒流輸出？

PWM 的控制器輸出電壓可調(diào)節(jié)范圍可以做到很寬，只要供電正常,IC 就能做到輸出電壓范圍很寬的電源，這對(duì)于做恒流款電源而言具有很大優(yōu)勢(shì)；LLC 是 PFM 控制方式的，只能通過(guò)更改頻率實(shí)現(xiàn)輸出電壓的變化，由增益曲線圖可以知道增益變化范圍相對(duì)很小，要實(shí)現(xiàn)寬電壓范圍的輸出特性不好實(shí)現(xiàn)，輸出電壓越低，工作頻率越高，從而開(kāi)關(guān)損耗，磁芯損耗都會(huì)加劇，因此到了一定程度下只能通過(guò)限制 IC 的最高工作頻率而通過(guò)跳周期方式來(lái)降低增益，這樣就增加了環(huán)路調(diào)節(jié)的難度，跳周期紋波不好控制，性能也不是最優(yōu)，因此 LLC 不適合太寬范圍的恒流輸出。

10、滿足 ZVS 的兩個(gè)必要條件是什么？

ZVS前提就是電壓超前于電流，所以要滿足LLC整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)都處于感性區(qū)域，這個(gè)最基本的一個(gè)條件，還有一個(gè)條件往往被忽視。

要實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)管的ZVS， 勵(lì)磁電感峰值電流im 必須在死區(qū)時(shí)間內(nèi)讓即將開(kāi)通開(kāi)關(guān)管的結(jié)電容放電， 直至電量放完， 電壓降到零。而已關(guān)斷的開(kāi)關(guān)管則同時(shí)將其結(jié)電容充電到輸入電壓。因此， 兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)管要實(shí)現(xiàn)ZVS， 應(yīng)滿足如下的勵(lì)磁電感峰值電流Ipk 與死區(qū)時(shí)間的關(guān)系：

其中， Vin 為輸入總線電壓， Cj 為MOSFET 的結(jié)電容（此處忽略電路布局的雜散電容）， tdead為死區(qū)時(shí)間

當(dāng)電路工作于諧振頻率，諧振網(wǎng)絡(luò)電流為如圖所示的正弦波。其中im 為勵(lì)磁電流。在每半個(gè)開(kāi)關(guān)周期結(jié)束時(shí)，勵(lì)磁電流達(dá)到最大值，與諧振網(wǎng)絡(luò)電流ir 相等。

勵(lì)磁電感峰值電流可以得到：

其中Vo 為輸出電壓， T 為開(kāi)關(guān)周期， Lm 為勵(lì)磁電感。到Lm 的值應(yīng)滿足：

由不等式得到的最大的勵(lì)磁電感Lm 可以保證開(kāi)關(guān)管的ZVS，然而，小的Lm將增大MOSFET的開(kāi)關(guān)損耗。由于這個(gè)被動(dòng)Lm負(fù)載，可以保證在任何負(fù)載情況下都能工作在零電壓開(kāi)關(guān)狀態(tài)下。

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