LLC的十个常见问题

hunterccc

1、 LLC 为何要工作在感性区域？
        任何一个网络都是呈现感性、容性和纯阻性三种状态，对于 LLC 网络而言同样存在以上三种状态，根据输入及负载变化由容性‐阻性‐感性而变化；如下图所示为 LLC 等效模型。

      

        工作在纯阻性区域是我们理想的工作状态，因为阻性网络的品质因素最高，网络特性最好；
) e3 X% b) H6 o* T2 ^/ }0 ]& a        工作在容性区域的话电流超前于电压，对于前级开关管而言容易实现 ZCS 关断，这个区域比较适合 IGBT；工作在感性区域的话电压超前于电流，对于前级开关管而言容易实现 ZVS开通，这个区域比较适合 MOSFET；
      
        对于中小功率电源而言普遍使用 MOSFET，因此常规 LLC 拓扑开关电源选择工作于感性区域。
      
        2、 ZVS1 和 ZVS2 各有什么优缺点，如何选择？
5 v& ^5 g' G: Y* W' |) Y        LLC 网络存在两个电感一个电容， 也就是说存在两个谐振点， 一个是 Lr 和 Cr 的谐振点，另一个谐振点由 Lm， Cr 以及负载条件决定。负载加重，谐振频率将会升高。如下图，

      

        LLC 增益曲线图

        在整个感性区域都能实现 ZVS，在 ZVS1 区不能实现次级整流管的 ZCS 关断，存在反向恢复问题；在 ZVS2 区可以实现次级整流管的 ZCS 关断，不存在反向恢复问题。因此对于选择网络工作于 ZVS1 还是 ZVS2 区域有不同看法。从理论上来讲工作于 ZVS2区域效率高于 ZVS1 区；总之越接近于谐振点（增益为 1）的工作点效率越高，同是兼顾短路性能等问题，建议工作点选择略大于谐振点（基于 LLC 短路问题靠增加频率来提高网络的等效阻抗来保护这一特性）。
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4 ]. v" |( G' E9 f  {4 F+ L/ ~        3、 LLC 初级 MOSFET 是 ZVS 关断还是 ZCS 关断？
; w4 e/ u" Z, v% D0 f1 @( b        LLC 工作在感性区域，因此开通是 ZVS，但关断即不是 ZVS 也不是 ZCS，是硬开关的，关断损耗不可避免，但对于 MOSFET 而言，开通损耗相对关断损耗大很多，对于 LLC 的 ZVS 而言是指开通时刻的 ZVS，因此可以大大降低开关损耗。
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: I% D5 i- ]4 B1 X        4、为何计算 LLC 匝比的时候要用母线电压的一半？
        我们计算反激或者正激电路时都是使用母线电压来设计匝比， 但是 LLC 为何只使用母线电压的一半来计算匝比？在 LLC 上管开通的半个周期内母线给 LLC 网络输入能量，这个能量一部分直接传递给输出，另一部分储存在网络内，在下管开通的半个周期内，依靠谐振电容和谐振电感输出能量。所以只有上半个周期母线给网络输入了能量， 即时间的利用率是一半，等效于输入电压的利用率为 1/2。
      
+ u6 ?3 {; G  O' n0 }        5、 LLC 分体谐振电容有什么优缺点？
        LLC 半桥谐振电路中，根据这个谐振电容的不同联结方式，典型 LLC 谐振电路有两种连接方式，不同之处在于 LLC 谐振腔的连接，左图采用单谐振电容（Cr），其输入电流纹波和电流有效值较高，但布线简单，成本相对较低；右图采用分体谐振电容（C1, C2），其输入电流纹波和电流有效值较低， C1 和 C2 上分别只流过一半的有效值电流，且电容量仅为左图单谐振电容的一半。比较而言，分体谐振优势不大。

      

      
* ^- s  v8 T3 a. H) X% Q0 j# a! _        6、 LLC 独立谐振电感和集成谐振电感各有什么优缺点？
9 T5 v, K: Z( q6 J$ Q        先说说集成谐振电感的方式，这种方式是利用变压器初级漏感来做谐振电感的，优点是体积小，成本低，缺点是漏感很难控制，和你的变压器绕法，初级匝数存在着紧密的联系，因此谐振参数不好调节，性能难做到最优；独立谐振电感的方式是通过外置一个谐振电感， 同时控制主变压器的漏感在很小的范围内，这样做的优点是容易调节谐振电感与励磁电感低比例，优化起来更灵活，容易调节到一个理想状态，缺点是增加了一个谐振电感增加体积，布线难度和成本；因此一般功率较小的电源都更愿意使用集成谐振电感，成本相对较低，性能要求不是很苛刻；功率大的更愿意使用外置谐振电感，性能容易优化。
      
$ U" {# E5 w; ^- m. e7 E        7、 LLC 的开关管能否直接并联？
9 y, ~6 B' `, w/ b8 @8 T        弥勒电容（Cgd）对于 MOSFET 而言是寄生于栅极和漏极之间的电容，对于硬开关电路而言，驱动电流对 Cgs 和 Cgd 充电，并且开始开通，而在开通过程中， Vds 电压下降，所以Cgd 开始放电，故此时需较大的驱动电流要对 Cgd 充电，这会导致驱动电压波形出现一个短暂的平台，所谓的米勒平台。关断的时候， DS 电压急剧上升， DG 电容会流过电流对 GS 电容充电，引起二次导通。要消除开通时刻的弥勒效应，在开关管即将开通的时刻 DS 电压为零，即 ZVS。

      

      
        对于 LLC 而言，开关管是 ZVS 开通的，因此对于功率稍大的可以直接并联开关管，不存在弥勒效应或者说将弥勒效应降到最低。
      
        8、 LLC 的谐振电容和输出功率有什么关系？
  J* F9 I/ J8 j# c8 h. T        这里使用一个公式说明吧，
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! f5 D( c( [( i& A8 p        很显然，功率越大需要的谐振电容容量越大。
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1 s% ~9 s  D1 q; L        9、 LLC 是否适合做恒流输出？
        PWM 的控制器输出电压可调节范围可以做到很宽，只要供电正常,IC 就能做到输出电压范围很宽的电源，这对于做恒流款电源而言具有很大优势； LLC 是 PFM 控制方式的，只能通过更改频率实现输出电压的变化，由增益曲线图可以知道增益变化范围相对很小，要实现宽电压范围的输出特性不好实现，输出电压越低，工作频率越高，从而开关损耗，磁芯损耗都会加剧，因此到了一定程度下只能通过限制 IC 的最高工作频率而通过跳周期方式来降低增益，这样就增加了环路调节的难度，跳周期纹波不好控制，性能也不是最优，因此 LLC 不适合太宽范围的恒流输出。
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        10、满足 ZVS 的两个必要条件是什么？
) }( {7 {) c0 Y7 w& L        ZVS前提就是电压超前于电流，所以要满足LLC整个负载范围内都处于感性区域，这个最基本的一个条件，还有一个条件往往被忽视。
: X# N7 g0 P" m7 v7 Q% C1 K        要实现开关管的ZVS， 励磁电感峰值电流im 必须在死区时间内让即将开通开关管的结电容放电， 直至电量放完， 电压降到零。而已关断的开关管则同时将其结电容充电到输入电压。因此， 两个功率开关管要实现ZVS， 应满足如下的励磁电感峰值电流Ipk 与死区时间的关系：

      

      
        其中， Vin 为输入总线电压， Cj 为MOSFET 的结电容（此处忽略电路布局的杂散电容）， tdead为死区时间
        当电路工作于谐振频率，谐振网络电流为如图所示的正弦波。其中im 为励磁电流。在每半个开关周期结束时，励磁电流达到最大值，与谐振网络电流ir 相等。
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        励磁电感峰值电流可以得到：
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        其中Vo 为输出电压， T 为开关周期， Lm 为励磁电感。到Lm 的值应满足：

      

      
        由不等式得到的最大的励磁电感Lm 可以保证开关管的ZVS，然而，小的Lm将增大MOSFET的开关损耗。由于这个被动Lm负载，可以保证在任何负载情况下都能工作在零电压开关状态下。

道法自然

网络都是呈感性、容性和纯阻性状态

sdsdwwwe22

PWM 的控制器输出电压可调节范围可以做到很宽

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集成谐振电感是利用变压器初级漏感来做谐振电感的