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摘要：高频变换是减小功率变换器体积、重量，提高变换器效率、功率密度的有效途径。从实现上来说，谐振变换器技术相对PWM变换器技术.具有开关工作频率高，开关损耗小、允许输入电压范围宽、效率高、重量轻、体积小、EMI噪声小、开关应力小等优点。而LLC谐振变换器以其同时兼具空载工作能力和谐振槽电流反映负载轻重的能力而体现出普通串联谐振变换器和并联谐振变换器无法比拟的优势，因而得到了广泛的应用。
关键词：LLC谐振变换器；参数设计；轻载效率高
0 引言
谐振变换器有多种不同的分类方法[1][2]3]，根据负载与谐振电路的连接关系，谐振变换器可以分为串联谐振变换器[4][5、并联谐振变换器以及两者的结合所生成的串并联谐振变换器。每一种变换器都有自己的优缺点，串联谐振变换器优点有：串联谐振电容起到隔直作用，避免高频变压器饱和。谐振槽路电流随负载的变轻而减小，因此轻载时效率较高。而它的缺点有：轻载或空载情况下，输出电压不可调：输出直流滤波电容须承受较大的电流脉动。并联谐振变换器：优点有：变换器可以工作至空载，因为输出电压始终与开关频率有关。由于输出端采用大滤波电感，对滤波电容的电流脉动电流要求小，适用于低输出电压、大输出电流的场合。而它的缺点有：谐振槽路电流基本与负载轻重无关，因此开关管的通态损耗相对固定，变换器在轻载时的效率较低，适用于输出电压范围较窄和额定功率处负载相对恒定的场合。串并联谐振变换器：结合了串联谐振变换器和并联谐振变换器的特性，具有了两者的优点而克服了各自的不足。优点有：当负载为额定时，变换器呈现串联谐振变换器的特性。当负载变轻时偏向并联谐振变换器的特性，其谐振槽路电流能随负载的变化而变化因而工作效率高，同时通过调节开关频率能在较宽范围内调节输出电压。但同时自身也存在着缺点：变压器原边漏感无法参加谐振，造成变压器电压电流存在较大的相位差，导致谐振回路中无功电流增加，通态损耗也增加。
1 LLC谐振变换器的参数设计
图1为LLC谐振变换器的拓扑电路图，其中Cr，Lr，Lm分别是谐振电容，谐振电感，励磁电感。当拿到一个LLC谐振变换器的设计要求时，我们首先应根据输入电压的范围和固定输出电压的大小，计算出这个变换器工作时将会处在的直流增益范围。我们根据这个直流增益范围来设计匝比n。我们知道LLC谐振变换器在K值和匝比n不变的情况下，不论Q值多大，LLC谐振变换器的增益曲线都会过同一个点，即串联谐振频率点。我们可以在该点计算变压器的匝比。如公式1所示：
（1）
式中Vinmax是最大直流輸入电压。
在n和k值已确定的情况下，设计Qe值。当变换器的电感、电容、变压器参数都确定后，k值和n都确定。而随着负载的变化，Qe值是不定的。Qe值越小，则增益曲线的最大增益就越大，故当满载时对应的最大Qe值能满足变换器最大增益要求的话，那随着负载的变轻，Qe值的减小，最大增益的满足便不是个问题。所以只需计算出一个满足最大增益要求的满载下的Qe值即可。为了可以实现软开关功能，LLC谐振变换器的最小频率不应低于曲线拐点频率，即变换器工作在感性负载区域内。
2 基于UCC25600芯片的LLC谐振变换器的设计与分析
300WDC电源设计的电气参数如下：
输入电压：375V～400V
输出功率：300W
输出电压：12V
额定输出电流：25A
输出电压纹波：120mv（输出电流为25A）
谐振电路的最大放大倍数Mg-max和Mg-min如公式2所示：
（2）其中VF是二极管的管压降
谐振电容Cr，励磁电感Lm与谐振电感Lr的选取如公式7所示：
（3）
最大谐振频率是串联谐振频率的1.5倍，最小谐振频率是串联谐振频率的0.6倍。本例中选取串联谐振频率为130K。故最大开关频率为195K，最小开关频率为78K。
3 结语
（1）设计半桥LLC谐振电路的关键在于电路品质因数Qe的选取。如过Qe选取的过大则重载时输出电压难以维持，如过Qe选取过小则空载时容易震荡。一般设计时Qe选择在0.5左右。
（2）励磁电感量与谐振電感量的比值不宜过高也不宜过低，一般选取在3～6。
（3）尽量将额定负载时系统对应谐振频率设计在低于串联谐振频率的范围内，这样可以提高效率。
参考文献：
[1]杨旭，赵志伟，王兆安，“移相全桥型零电压软开关电路谐振过程的研究”t电力电子技术，1998年第3期，pp.36-39。
[2]洪健，李可，“半桥串并联谐振变换器的分析与设计”，现代电子，2000年第1期，pp.48—54。
[3]林松“半桥零电压开关多谐振变换器研究于应用”，电子技术应用，2003年第9期第29卷，pp.4547。
[4]郭仕勇，师宇杰，楼建东，“一种新型串并联谐振变换器”，信息工程大学学报，2005年6月第2期第6卷，pp.72—74.
[5]“8-Pin High-Performance Resonant Mode Controller，” UCC25600 Data Sheet， TI Literature No. SLUS846
作者简介：
孙东炯（1982.5-）大学本科学历，高级工程师。从事开关电源的研究十多年，具有丰富的开关电源一线研发经验。
关键词：LLC谐振变换器；参数设计；轻载效率高
0 引言
谐振变换器有多种不同的分类方法[1][2]3]，根据负载与谐振电路的连接关系，谐振变换器可以分为串联谐振变换器[4][5、并联谐振变换器以及两者的结合所生成的串并联谐振变换器。每一种变换器都有自己的优缺点，串联谐振变换器优点有：串联谐振电容起到隔直作用，避免高频变压器饱和。谐振槽路电流随负载的变轻而减小，因此轻载时效率较高。而它的缺点有：轻载或空载情况下，输出电压不可调：输出直流滤波电容须承受较大的电流脉动。并联谐振变换器：优点有：变换器可以工作至空载，因为输出电压始终与开关频率有关。由于输出端采用大滤波电感，对滤波电容的电流脉动电流要求小，适用于低输出电压、大输出电流的场合。而它的缺点有：谐振槽路电流基本与负载轻重无关，因此开关管的通态损耗相对固定，变换器在轻载时的效率较低，适用于输出电压范围较窄和额定功率处负载相对恒定的场合。串并联谐振变换器：结合了串联谐振变换器和并联谐振变换器的特性，具有了两者的优点而克服了各自的不足。优点有：当负载为额定时，变换器呈现串联谐振变换器的特性。当负载变轻时偏向并联谐振变换器的特性，其谐振槽路电流能随负载的变化而变化因而工作效率高，同时通过调节开关频率能在较宽范围内调节输出电压。但同时自身也存在着缺点：变压器原边漏感无法参加谐振，造成变压器电压电流存在较大的相位差，导致谐振回路中无功电流增加，通态损耗也增加。
1 LLC谐振变换器的参数设计
图1为LLC谐振变换器的拓扑电路图，其中Cr，Lr，Lm分别是谐振电容，谐振电感，励磁电感。当拿到一个LLC谐振变换器的设计要求时，我们首先应根据输入电压的范围和固定输出电压的大小，计算出这个变换器工作时将会处在的直流增益范围。我们根据这个直流增益范围来设计匝比n。我们知道LLC谐振变换器在K值和匝比n不变的情况下，不论Q值多大，LLC谐振变换器的增益曲线都会过同一个点，即串联谐振频率点。我们可以在该点计算变压器的匝比。如公式1所示：
（1）
式中Vinmax是最大直流輸入电压。
在n和k值已确定的情况下，设计Qe值。当变换器的电感、电容、变压器参数都确定后，k值和n都确定。而随着负载的变化，Qe值是不定的。Qe值越小，则增益曲线的最大增益就越大，故当满载时对应的最大Qe值能满足变换器最大增益要求的话，那随着负载的变轻，Qe值的减小，最大增益的满足便不是个问题。所以只需计算出一个满足最大增益要求的满载下的Qe值即可。为了可以实现软开关功能，LLC谐振变换器的最小频率不应低于曲线拐点频率，即变换器工作在感性负载区域内。
2 基于UCC25600芯片的LLC谐振变换器的设计与分析
300WDC电源设计的电气参数如下：
输入电压：375V～400V
输出功率：300W
输出电压：12V
额定输出电流：25A
输出电压纹波：120mv（输出电流为25A）
谐振电路的最大放大倍数Mg-max和Mg-min如公式2所示：
（2）其中VF是二极管的管压降
谐振电容Cr，励磁电感Lm与谐振电感Lr的选取如公式7所示：
（3）
最大谐振频率是串联谐振频率的1.5倍，最小谐振频率是串联谐振频率的0.6倍。本例中选取串联谐振频率为130K。故最大开关频率为195K，最小开关频率为78K。
3 结语
（1）设计半桥LLC谐振电路的关键在于电路品质因数Qe的选取。如过Qe选取的过大则重载时输出电压难以维持，如过Qe选取过小则空载时容易震荡。一般设计时Qe选择在0.5左右。
（2）励磁电感量与谐振電感量的比值不宜过高也不宜过低，一般选取在3～6。
（3）尽量将额定负载时系统对应谐振频率设计在低于串联谐振频率的范围内，这样可以提高效率。
参考文献：
[1]杨旭，赵志伟，王兆安，“移相全桥型零电压软开关电路谐振过程的研究”t电力电子技术，1998年第3期，pp.36-39。
[2]洪健，李可，“半桥串并联谐振变换器的分析与设计”，现代电子，2000年第1期，pp.48—54。
[3]林松“半桥零电压开关多谐振变换器研究于应用”，电子技术应用，2003年第9期第29卷，pp.4547。
[4]郭仕勇，师宇杰，楼建东，“一种新型串并联谐振变换器”，信息工程大学学报，2005年6月第2期第6卷，pp.72—74.
[5]“8-Pin High-Performance Resonant Mode Controller，” UCC25600 Data Sheet， TI Literature No. SLUS846
作者简介：
孙东炯（1982.5-）大学本科学历，高级工程师。从事开关电源的研究十多年，具有丰富的开关电源一线研发经验。