DHH带你深入浅出LLC

dhhdh · 发表于 2026-10-11 00:42

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第1章从PWM到谐振变换——为什么我们需要LLC？

如果你接触过开关电源设计，大概率是从Buck、Boost这些基础拓扑入门的。它们有一个共同特点：开关管在硬开关条件下工作——开通时承受全电压、关断时切断全电流。在低频时代这没什么问题，但当开关频率被不断推高以缩小磁性元件体积时，硬开关的代价就变得不可接受了：开关损耗随频率线性增长，EMI问题急剧恶化，散热设计越来越困难。

1.1 硬开关的天花板

一个典型的硬开关半桥变换器，MOSFET在开通瞬间，漏源电压尚未降到零，而电流已经开始上升。在这个交叠区间内，开关管同时承受高电压和大电流，产生一个尖峰功率损耗。开关频率每翻一倍，这部分损耗也翻一倍。更要命的是，寄生电容（MOSFET的Coss）中储存的能量在每次开通时会被短路消耗掉，形成额外的容性开通损耗。在几百kHz以上，这些损耗足以让效率从95%跌到80%以下。

工程师们尝试过各种缓解手段：加缓冲电路（snubber）可以降低电压尖峰，但损耗只是从开关管转移到了电阻上；软开关技术则从根本上改变了游戏规则——让开关管在电压为零时开通（ZVS），或者在电流为零时关断（ZCS），理论上消除开关损耗。

1.2 谐振变换器的基本思想

谐振变换器的核心思路很简单：在开关管和变压器之间插入一个由电感L和电容C组成的谐振网络。这个网络像一个“滤波器”，把开关管输出的方波电压转换成近似正弦的谐振电流。当开关频率接近谐振频率时，电流自然地过零点或与电压错开相位，为软开关创造条件。

最早的谐振变换器是串联谐振变换器，谐振电容Cr与负载串联。SRC的问题在于轻载时输出电压难以调节——负载电阻增大后，谐振腔的品质因数Q急剧上升，增益曲线变得非常尖锐，频率稍微偏离谐振点输出就大幅下降。后来出现了并联谐振变换器，谐振电容与负载并联，但轻载时环流损耗大，效率不理想。

1.3 LLC的登场

LLC谐振变换器的拓扑结构是在SRC的基础上发展而来的。相比SRC只有两个谐振元件（Lr和Cr），LLC多了一个与变压器并联的励磁电感Lm，形成了三个谐振元件——两个电感加一个电容，因此得名“LLC”。

这个多出来的Lm看似不起眼，却带来了质的改变。Lm参与了谐振过程，产生第二个谐振频率。两个谐振频率的存在意味着LLC在很宽的负载和输入电压范围内都能保持高效率，而SRC只有一个谐振点，工作范围天然受限。此外，LLC可以将谐振电感Lr集成到变压器的漏感中，进一步降低了元件数量和成本。

LLC之所以成为工业界最受欢迎的谐振拓扑，原因可以归结为三点：第一，它能在全负载范围内实现原边开关管的ZVS；第二，在一定频率范围内副边整流二极管可以实现ZCS，消除了反向恢复损耗；第三，磁性元件可以高度集成，功率密度高。一个1kW、1MHz的LLC设计，功率密度可以达到167W/in³，峰值效率97.6%。这些数字在传统PWM变换器中几乎不可能达到。