摘要

　　近来， LLC拓扑以其高效，高功率密度受到广大电源设计工程师的青睐，但是这种软开关拓扑对MOSFET的要求却超过了以往任何一种硬开关拓扑。特别是在电源启机，动态负载，过载，短路等情况下。Infineon CoolMOS CFD2系列以其高击穿电压，快恢复体二极管，低Qg 和Coss能够完全满足这些需求并大大提升电源系统的可靠性。

　　1. 引言

　　长期以来， 提升电源系统功率密度，效率以及系统的可靠性一直是研发人员面临的重大课题。 提升电源的开关频率是其中的方法之一， 但是频率的提升会影响到功率器件的开关损耗，使得提升频率对硬开关拓扑来说效果并不十分明显，硬开关拓扑已经达到了它的设计瓶颈。而此时，软开关拓扑，如LLC拓扑以其独具的特点受到广大设计工程师的追捧。但是… 这种拓扑却对功率器件提出了新的要求。

　　2. LLC 电路的特点

　　LLC 拓扑的以下特点使其广泛的应用于各种开关电源之中：

　　1. LLC 转换器可以在宽负载范围内实现零电压开关。

　　2. 能够在输入电压和负载大范围变化的情况下调节输出，同时开关频率变化相对很小。

　　3. 采用频率控制，上下管的占空比都为50%.

　　4. 减小次级同步整流MOSFET的电压应力，可以采用更低的电压MOSFET从而减少成本。

　　5. 无需输出电感，可以进一步降低系统成本。

　　6. 采用更低电压的同步整流MOSFET, 可以进一步提升效率。

　　3. LLC 电路的基本结构以及工作原理

　　图1和图2分别给出了LLC谐振变换器的典型线路和工作波形。如图1所示LLC转换器包括两个功率MOSFET（Q1和Q2），其占空比都为0.5;谐振电容Cr,副边匝数相等的中心抽头变压器Tr,等效电感Lr,励磁电感Lm,全波整流二极管D1和D2以及输出电容Co。

图1 LLC谐振变换器的典型线路

图2 LLC谐振变换器的工作波形

　　而LLC有两个谐振频率，Cr, Lr 决定谐振频率fr1; 而Lm, Lr, Cr决定谐振频率fr2。

　　系统的负载变化时会造成系统工作频率的变化，当负载增加时， MOSFET开关频率减小， 当负载减小时，开关频率增大。

　　3.1 LLC谐振变换器的工作时序

　　LLC变换器的稳态工作原理如下。

　　1）〔t1,t2〕

　　Q1关断，Q2开通，电感Lr和Cr进行谐振，次级D1关断，D2开通，二极管D1约为两倍输出电压，此时能量从Cr, Lr转换至次级。直到Q2关断。

　　2）〔t2,t3〕

　　Q1和Q2同时关断，此时处于死区时间， 此时电感Lr, Lm电流给Q2的输出电容充电，给Q1的输出电容放电直到Q2输出电容的电压等于Vin.

　　次级D1和D2关断 Vd1=Vd2=0, 当Q1开通时该相位结束。

　　3）〔t3,t4〕

　　Q1导通，Q2关断。D1导通， D2关断， 此时Vd2=2Vout

　　Cr和Lr谐振在fr1, 此时Ls的电流通过Q1返回到Vin,直到Lr的电流为零次相位结束。

　　4）〔t4,t5〕

　　Q1导通， Q2关断， D1导通， D2关断，Vd2=2Vout

　　Cr和Lr谐振在fr1, Lr的电流反向通过Q1流回功率地。 能量从输入转换到次级，直到Q1关断该相位结束

　　5）〔t5,t6）

　　Q1,Q2同时关断， D1,D2关断， 原边电流I（Lr+Lm）给Q1的Coss充电， 给Coss2放电， 直到Q2的Coss电压为零。 此时Q2二极管开始导通。 Q2开通时相位结束。

　　6）〔t6,t7〕

　　Q1关断，Q2导通，D1关断， D2 开通，Cr和Ls谐振在频率fr1, Lr 电流经Q2回到地。 当Lr电流为零时相位结束。