LLC基波分析法

FHA(First harmonic approximation)：一次諧波近似原理，也稱為基波分析法。該原理是假設(shè)能量的傳輸只與諧振回路中電壓和電流傅立葉表達式中的基波分量有關(guān)

LLC諧振技術(shù)學習難點

LLC諧振技術(shù)的學習渠道和資料相當有限

市場沒有完整教學書籍、視頻教程

互聯(lián)網(wǎng)學習資源也有限

如何系統(tǒng)學習LLC

了解半橋串聯(lián)諧振軟開關(guān)：半橋LLC的等效模型、半橋LLC的基本穩(wěn)壓原理、f=fr1時的工作過程詳細與原邊ZVS副邊ZCS的實現(xiàn)、fr2 < f < fr1 時的工作過程詳細解析與原邊ZVS副邊ZCS的實現(xiàn)、f > fr1時的工作過程詳細解析與原邊ZVS的實現(xiàn)

LLC電源諧振腔元器件的計算與推導：諧振腔等效電路詳細解析、LLC基波分析法(FHA)的詳細解析、諧振腔增益公式的解析、諧振腔原邊等效電阻Rac的推導、諧振腔Q值的推導、諧振腔最高頻率于最低頻率的計算、諧振電容的容量計算、諧振電感的感量計算、變壓器的感量計算、諧振電流的峰值有效值的推導計算、勵磁電流的峰值電流有效值的計算、變壓器副邊電流的峰值有效值的推導計算、諧振電容的電壓峰值的推導計算

如何利用mathcad現(xiàn)場編寫半橋LLC計算：MathCad的使用方法、利用MathCad編輯出各參數(shù)的計算公式、編寫LLC增益曲線的函數(shù)及繪制增益函數(shù)曲線圖、編寫LLC容性感性邊界函數(shù)及在增益曲線基礎(chǔ)上繪制曲線圖、編寫LLC輸入阻抗曲線的函數(shù)及繪制阻抗曲線圖、編寫LLC諧振腔的電流電壓函數(shù)及繪制諧振腔電流電壓曲線圖

半橋LLC的原理圖設(shè)計：LLC前級電路的設(shè)計、芯片選型、芯片datasheet講解、芯片外圍電路的設(shè)計、驅(qū)動電路的設(shè)計、Vcc電路的設(shè)計、保護電路的設(shè)計、LLC后級電路的設(shè)計、反饋電路的設(shè)計

半橋LLC的layout設(shè)計：半橋LLC元器件封裝的選取、功率元器件的布局、關(guān)鍵高頻干擾回路的布局布線、地線、Layout與生產(chǎn)工藝

開關(guān)電源的優(yōu)勢就是把直流電壓(交流輸入也是先進行整流)經(jīng)過高頻開關(guān)進行高頻逆變，方便我們使用高頻變壓器或者高頻電感進行電壓、電流的變換。經(jīng)過高頻化處理以后，磁性元件就會變得很小，電容的紋波電流也會變得很小，所以電源的發(fā)展趨勢就是集成小型化，現(xiàn)在看到的開關(guān)電源，在體積重量還有成本方面，都全面超越了老式的電源。

隨著技術(shù)的進一步提高，各種電子設(shè)備，對開關(guān)電源的體積性能有了越來越高的要求，然后人們就開始研究消除或者減小開關(guān)損耗的方法。出現(xiàn)了各種各樣的技術(shù)，比如有源鉗位、準諧振技術(shù)、移相全橋、諧振開關(guān)電源，但是應(yīng)用最廣泛的還是LLC結(jié)構(gòu)的諧振式開關(guān)電源。

我們把LLC和平常的電路進行比較就很容易發(fā)現(xiàn)LLC電路的原理就是利用電抗(阻抗，感抗，容抗)來進行分壓，因為感抗，容抗的大小都是頻率f的函數(shù)，所以隨著頻率的變化，感抗、容抗的大小就會跟隨著變化，勵磁電感上的交流分壓可以由驅(qū)動頻率來進行調(diào)整，傳輸?shù)酱渭壗?jīng)過整流，就是我們需要的輸出電壓了。

至于ZVS(零電壓導通)，是利用了交流電路里面電流電壓之間，相位角會隨著頻率發(fā)生變化這一特性，如果始終保證LLC諧振腔工作在感性區(qū)域，那么我們就始終保證了諧振腔電流滯后于電壓一定的相位角。

LLC最大的好處就是實現(xiàn)了ZVS(零電壓開通)，在大部分工作頻率上，實現(xiàn)了ZCS(零電流關(guān)斷)，相較于我們之前所說的Buck、Boost、Forward這些傳統(tǒng)的PWM模式峰值電流管段關(guān)斷損耗低了非常多。

這樣做的好處是：

頻率可以跑的很高，4000W等級的工業(yè)電源，諧振頻率120K，最高頻率300K，這也是很普通的參數(shù)，但是電源整體體積還是小了不少。頻率高了磁性元器件體積就小了，電解電容也可以用的小一些。

效率高，交叉損耗小了很多，效率自然就提高了，效率高了，散熱片體積也變小很多，所以就可以做到小體積大功率的開關(guān)電源。

LLC諧振轉(zhuǎn)換器(Resonant Converter)是一種軟開關(guān)電源拓撲，它通過在功率轉(zhuǎn)換階段引入諧振現(xiàn)象來實現(xiàn)高效率和高功率密度。下面詳細探討LLC轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點和缺點：

優(yōu)點

高效率：LLC轉(zhuǎn)換器的主要優(yōu)勢之一是其能夠?qū)崿F(xiàn)零電壓開關(guān)(ZVS)或零電流開關(guān)(ZCS)，這大大減少了開關(guān)器件的開關(guān)損耗，從而提高了整體效率。

低電磁干擾(EMI)：由于采用了軟開關(guān)技術(shù)，開關(guān)器件的dV/dt和di/dt較低，這有助于減少電磁干擾，使LLC轉(zhuǎn)換器適合對EMI要求嚴格的應(yīng)用。

寬輸入電壓范圍：LLC轉(zhuǎn)換器可以在較寬的輸入電壓范圍內(nèi)正常工作，這使得它們非常適合于需要應(yīng)對電壓波動的應(yīng)用場合。

輸出電壓調(diào)節(jié)能力強：通過改變工作頻率，LLC轉(zhuǎn)換器可以實現(xiàn)對輸出電壓的精確控制，即使在負載變化較大的情況下也能保持穩(wěn)定。

LLC電源的缺點包括：

僅在諧振點附近效率較高：LLC變換器只在諧振點附近效率較高，不適用于寬輸入電壓范圍。

對輸入輸出變動范圍的要求：LLC電源要求輸入輸出變動范圍不大，這在一定程度上制約了其在一些應(yīng)用中的使用。

失諧的影響：受失諧影響，MOSFET中可能會流過直通電流，導致開關(guān)損耗增加。

電路設(shè)計復(fù)雜度：相比于簡單的全橋LLC，半橋LLC的電路設(shè)計更為復(fù)雜，可能對成本和可靠性產(chǎn)生不利影響。

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，這對于做恒流款電源而言具有很大優(yōu)勢;

LLC是PFM控制方式的，只能通過更改頻率實現(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很小，要實現(xiàn)寬電壓范圍的輸出特性不好實現(xiàn)，輸出電壓越低，工作頻率越高，從而開關(guān)損耗、磁芯損耗都會加劇。

因此到了一定程度下只能通過限制IC的最高工作頻率而通過跳周期方式來降低增益，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。

滿足ZVS的兩個必要條件是什么?

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

要實現(xiàn)開關(guān)管的ZVS，勵磁電感峰值電流im必須在死區(qū)時間內(nèi)讓即將開通開關(guān)管的結(jié)電容放電，直至電量放完，電壓降到零，而已關(guān)斷的開關(guān)管則同時將其結(jié)電容充電到輸入電壓。

因此，兩個功率開關(guān)管要實現(xiàn)ZVS，應(yīng)滿足如下的勵磁電感峰值電流Ipk與死區(qū)時間的關(guān)系。