DHH带你深入浅出LLC.9

dhhdh · 发表于 2026-10-11 01:07

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第9章副边整流方案——全桥、全波与同步整流

副边整流网络的选择直接影响效率、成本和热设计。LLC的副边整流有三种主要方案：全桥整流、全波整流和同步整流。

9.1 全桥整流

全桥整流使用四个二极管，适用于高输出电压场合。在LLC中，全桥整流的副边绕组只有一个，电流在每个半周期流经两个二极管。

优点：二极管电压应力低（等于Vout），绕组利用率高，适合高压输出。

缺点：二极管数量多，导通损耗大（两个二极管串联导通），效率较低。

适用场合：输出电压较高（如200V以上）的LLC。

9.2 全波整流

全波整流使用两个二极管和一个中心抽头绕组，适用于低输出电压、大电流场合。

优点：每个半周期只有一个二极管导通，导通损耗比全桥低；二极管数量少。

缺点：变压器需要中心抽头，绕组利用率低（每个半周期只有一半绕组工作）；二极管电压应力高（等于2×Vout）。

适用场合：低输出电压（如12V、24V、48V）、大电流的LLC。这是最常见的配置。

9.3 同步整流

在低输出电压场合，二极管的正向压降（即使肖特基二极管也有0.3~0.5V）带来的损耗不容忽视。以48V/10A为例，两个二极管各导通半个周期，总导通损耗约为0.5V×10A = 5W，占输出功率的1%以上。如果采用同步整流（用MOSFET代替二极管），导通损耗可以降到1W以下。

同步整流的实现：副边用两个MOSFET代替两个二极管，通过检测漏源电压或使用专用控制器来驱动。当MOSFET的体二极管先导通时，漏源电压变为负值，控制器检测到这个负电压后开通MOSFET，电流从沟道流过，导通损耗大幅降低。

同步整流的挑战：时序控制至关重要。如果MOSFET开通太早，可能导致原副边直通；如果关断太晚，电流反向流动，效率下降。在LLC中，由于谐振电流接近正弦，同步整流的驱动时序需要精确匹配电流过零点。

常用同步整流控制器：TI的UCC24610、UCC24612，NXP的TEA1995，Infineon的IR1168等。这些控制器通过检测MOSFET漏源电压来自动控制开通和关断，适用于LLC的ZCS工作模式。

9.4 整流二极管的选型

如果不用同步整流，二极管的选择需要考虑：

反向恢复时间：LLC在fs ≤ fr时实现ZCS，二极管反向恢复损耗小，因此可以使用普通快恢复二极管。但在fs > fr时，反向恢复损耗显著，需要选用反向恢复电荷Qrr小的二极管。
正向压降：肖特基二极管正向压降低，但耐压有限（通常100V以下）。对于48V输出，肖特基是首选。对于更高输出电压，需要使用快恢复二极管或碳化硅二极管。
电压额定：全波整流中二极管承受2×Vout的反向电压，需留有余量。48V输出时，二极管耐压应选150V以上。

9.5 输出电容的选择

输出电容承担滤波和储能功能。LLC的输出电流是脉动的，输出电容需要吸收纹波电流。纹波电流的有效值约为：

Ic_rms ≈ Iout · √(2/π² - 1/4) ≈ 0.48 · Iout

以10A输出为例，Ic_rms ≈ 4.8A。这个电流需要由多个电容并联分担。通常使用低ESR的电解电容配合陶瓷电容。电解电容负责大容量储能，陶瓷电容负责高频滤波。