不对称半桥LLC串联谐振变换器拓扑简述

不对称半桥LLC串联谐振变换器拓扑

从下图中可以看到，恰当的设计，能够在工作频率低于谐振频率时实现高于1的增益，并且能够实现ZVS软开关，而高于谐振频率时，均能够实现ZVS软开关；并且，在工作频率低于谐振频率时，副边整流二极管电流自然过零，有利于整流模块的效率优化。并且，传统EMI调试过程中副边整流二极管反向恢复电流引起的辐射问题也可变得轻松。

LLC谐振电路直流特性曲线

但在负载较重且工作频率低于谐振频率段，出现开关管的ZCS，而并非ZVS，对于整流模块通常采用的MOSFET来说并非最佳选择。并且，该区域不能够实现低于谐振频率到高于谐振频率范围内工作频率和增益的单调性，失去了负反馈设计的单调性基础，使环路难以设计或非常复杂。因此，要避免进入该区域。

LLC谐振变换器作为整流模块DC/DC拓扑，与其他如全桥移相、双管正激甚至全桥、半桥硬开关相比，在合理的设计条件下具有以下优势：

1. 能够使输出范围宽，并且几乎全负载范围实现ZVS，副边整流二极管自然过零，有利于效率的优化；

2. 额定输出态设计在谐振频率处成为可能，正弦电流波形使开关频率的高次谐波分量很小，并且工作频率低于谐振频率时副边整流二极管几乎没有反向恢复，由此造成的辐射问题大大减轻，有利于EMI的设计。

3. 副边不用体积较大的差模电感进行滤波，节省了体积了成本；

4. 谐振电路PFM调频控制方式，作为天生的抖频设计，能够使EMI相关频谱变低而宽，有利于EMI设计。

并且，不对称半桥谐振拓扑相比全桥谐振拓扑，能够省去两只开关管，相应散热器也相应能够优化，具有成本和体积的优势，与对称半桥谐振拓扑相比，省去一只谐振电容。

但不对称半桥LLC串联谐振变换器也有其缺点：

1. 相比全桥电路，由于只有半周期从PFC母线电容取能量，并且相同功率下，其PFC母线电流峰值为全桥电路的两倍，因此电流PFC母线纹波电流大，对PFC母线电容的寿命、容量均提出一定要求，尤其是在大功率情况下，有必要考虑全桥结构。对于中小功率模块，该问题并不突出。

2. 和第1条相同原因，DC/DC开关管峰值电流要求为全桥电路的两倍，需要选用较大额定电流开关管。

3. 轻载及低压状态下稳压需要较高频率，并且有可能出现不单调现象，需要引入其他控制方式（如本文提到的PFM/PWM同时调节方式）或调节PFC电压、加固定负载等措施

总体来讲，对于中小功率模块，LLC不对称半桥拓扑作为整流模块的DC/DC部分拓扑，具有效率高、体积小、成本低、高效率负载范围宽、EMI设计优良等优点。