DHH带你深入浅出LLC.2

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第2章 LLC的拓扑与两个谐振频率

理解LLC，首先要理解它的“骨架”。这一章我们拆解半桥LLC的电路结构，并重点讨论两个谐振频率的物理含义。

2.1 半桥LLC的电路结构

最经典的LLC拓扑是半桥结构。原边有两个MOSFET（Q1和Q2）组成半桥臂，每个开关管带一个体二极管，两端并联谐振电容Coss（其实主要就是MOSFET自身的输出电容）。两个开关管的驱动信号是固定50%占空比的互补信号，中间留有死区时间。

半桥中点连接到谐振网络。谐振网络由三部分组成：谐振电感Lr（通常由变压器漏感兼任）、谐振电容Cr（串联在谐振回路中），以及励磁电感Lm（即变压器原边励磁电感，与理想变压器并联）。变压器副边通过整流网络（全桥或全波）连接到输出电容和负载。

一个关键的设计细节：谐振电容Cr不仅参与谐振，还起到隔直电容的作用，防止变压器的直流偏磁。在半桥结构中，Cr上的直流电压分量等于输入电压的一半，这个电压在稳态下维持不变。

2.2 第一个谐振频率fr

当副边整流二极管导通时，变压器的原边电压被输出电压钳位（反射到原边的电压为nVout），励磁电感Lm两端的电压被固定，其电流线性上升而不参与谐振。此时参与谐振的只有Lr和Cr，谐振频率为：

fr = 1 / (2π√(Lr·Cr))

这是LLC的“主谐振频率”。在这个频率下，Lr和Cr的阻抗相互抵消，谐振腔呈现纯电阻特性，电压增益为1（在理想情况下）。工程上通常把额定工作点设在fr附近，因为这里的效率最高。

2.3 第二个谐振频率fm

当副边整流二极管关断（电流降为零）时，变压器副边与原边“脱开”，Lm不再被输出电压钳位，开始参与谐振。此时谐振网络由Lr、Lm和Cr共同构成，等效谐振电感为Lr+Lm（串联），谐振频率降低为：

fm = 1 / (2π√((Lr+Lm)·Cr))

fm必然低于fr。两个频率之间构成了LLC最重要的“增益控制区间”——在这个区间内，变换器可以通过调节开关频率来调节输出电压，同时保持原边ZVS和副边ZCS。这个区间的存在，本质上是因为Lm的“介入”改变了谐振腔的等效特性。

2.4 两个频率的物理直觉

如果把Lr和Cr想象成一对“快节奏的舞者”，它们配合时震动频率很高（fr）。而Lm是一个“慢节奏的舞者”，当它加入进来时，整体的节奏被拉慢（fm）。在fr和fm之间的频段，变换器处于一种“部分参与”的状态：在一个开关周期内，Lm有时参与谐振，有时不参与。正是这种“时变”的谐振特性，赋予了LLC独特的多模式工作能力和宽范围调节能力。

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沧海云帆

LLC的拓扑与两个谐振频率

时涛

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