LLC谐振变换器与不对称半桥变换器的对比
发布时间:2008/5/28 0:00:00 访问次数:729
摘要：介绍了llc谐振变换器和不对称半桥变换器两种不同类型的软开关拓扑。分析了它们的工作原理，分别对它们的控制方法，副边整流管的电压应力和副边的开通等进行了比较，分析结果表明，llc谐振变换器更适合高频化和高效率的要求。
关键词：llc谐振变换器；不对称半桥变换器；电压应力
引言
随着开关电源的发展，软开关技术得到了广泛的发展和应用，已研究出了不少高效率的电路拓扑，主要为谐振型的软开关拓扑和pwm型的软开关拓扑。近几年来，随着半导体器件制造技术的发展，开关管的导通电阻，寄生电容和反向恢复时间越来越小了，这为谐振变换器的发展提供了又一次机遇。对于谐振变换器来说，如果设计得当，能实现软开关变换，从而使得开关电源具有较高的效率。
1 两种变换器的工作原理
1.1 不对称半桥变换器
图1和图2分别给出了传统的不对称半桥变换器的电路图和工作波形。图1中包括两个互补控制的功率mosfet（s1和s2），其中s1的占空比为d，s2的占空比为（1－d）；隔直电容cb，其上电压作为s2开通时的电源；中心抽头变压器tr，其原边匝数为np，副边匝数分别为ns1和ns2；半桥全波整流二级管d1和d2；输出滤波电感ld，电容cf。不对称半桥（ahb）变换器的稳态工作原理如下。
图1
2）当s2导通s1关断时，隔直电容cb上的电压加在变压器的原边，副边ns2工作，二极管d1截止。
图2中n1=np/ns1，n2=np/ns2，且n1=n2=n。通过对电路的分析，可以得到传统不对称半桥变换器占空比d的计算公式
1.2 llc谐振变换器
图3和图4分别给出了llc谐振变换器的电路图和工作波形。图3中包括两个功率mosfet（s1和s2），其占空比都为0.5；谐振电容cs，副边匝数相等的中心抽头变压器tr，tr的漏感ls，激磁电感lm，lm在某个时间段也是一个谐振电感，因此，在llc谐振变换器中的谐振元件主要由以上3个谐振元件构成，即谐振电容cs，电感ls和激磁电感lm；半桥全波整流二极管d1和d2，输出电容cf。
图2
1）〔t1，t2〕当t=t1时，s2关断，谐振电流给s1的寄生电容放电，一直到s1上的电压为零，然后s1的体二级管导通。此阶段d1导通，lm上的电压被输出电压钳位，因此，只有ls和cs参与谐振。
2）〔t2，t3〕当t=t2时，s1在零电压的条件下导通，变压器原边承受正向电压；d1继续导通，s2及d2截止。此时cs和ls参与谐振，而lm不参与谐振。
3）〔t3，t4〕当t=t3时，s1仍然导通，而d1与d2处于关断状态，tr副边与电路脱开，此时lm，ls和cs一起参与谐振。实际电路中lmls，因此，在这个阶段可以认为激磁电流和谐振电流都保持不变。
4）〔t4，t5〕当t=t4时，s1关断，谐振电流给s2的寄生电容放电，一直到s2上的电压为零，然后s2的体二级管导通。此阶段d2导通，lm上的电压被输出电压钳位，因此，只有ls和cs参与谐振。
图3、4
6）〔t6，t7〕当t=t6时，s2仍然导通，而d1和d2处于关断状态，tr副边与电路脱开，此时lm，ls和cs一起参与谐振。实际电路中lm》ls，因此，在这个阶段可以认为激磁电流和谐振电流都保持不变。
通过上面的详细分析，对这两类软开关型变换器的工作原理及其特性有了一定的了解，下面将对它们之间的差异进行比较，进一步加深对它们的认识。
2 两种变换器差异的对比
摘要：介绍了llc谐振变换器和不对称半桥变换器两种不同类型的软开关拓扑。分析了它们的工作原理，分别对它们的控制方法，副边整流管的电压应力和副边的开通等进行了比较，分析结果表明，llc谐振变换器更适合高频化和高效率的要求。
关键词：llc谐振变换器；不对称半桥变换器；电压应力
引言
随着开关电源的发展，软开关技术得到了广泛的发展和应用，已研究出了不少高效率的电路拓扑，主要为谐振型的软开关拓扑和pwm型的软开关拓扑。近几年来，随着半导体器件制造技术的发展，开关管的导通电阻，寄生电容和反向恢复时间越来越小了，这为谐振变换器的发展提供了又一次机遇。对于谐振变换器来说，如果设计得当，能实现软开关变换，从而使得开关电源具有较高的效率。
1 两种变换器的工作原理
1.1 不对称半桥变换器
图1和图2分别给出了传统的不对称半桥变换器的电路图和工作波形。图1中包括两个互补控制的功率mosfet（s1和s2），其中s1的占空比为d，s2的占空比为（1－d）；隔直电容cb，其上电压作为s2开通时的电源；中心抽头变压器tr，其原边匝数为np，副边匝数分别为ns1和ns2；半桥全波整流二级管d1和d2；输出滤波电感ld，电容cf。不对称半桥（ahb）变换器的稳态工作原理如下。
图1
2）当s2导通s1关断时，隔直电容cb上的电压加在变压器的原边，副边ns2工作，二极管d1截止。
图2中n1=np/ns1，n2=np/ns2，且n1=n2=n。通过对电路的分析，可以得到传统不对称半桥变换器占空比d的计算公式
1.2 llc谐振变换器
图3和图4分别给出了llc谐振变换器的电路图和工作波形。图3中包括两个功率mosfet（s1和s2），其占空比都为0.5；谐振电容cs，副边匝数相等的中心抽头变压器tr，tr的漏感ls，激磁电感lm，lm在某个时间段也是一个谐振电感，因此，在llc谐振变换器中的谐振元件主要由以上3个谐振元件构成，即谐振电容cs，电感ls和激磁电感lm；半桥全波整流二极管d1和d2，输出电容cf。
图2
1）〔t1，t2〕当t=t1时，s2关断，谐振电流给s1的寄生电容放电，一直到s1上的电压为零，然后s1的体二级管导通。此阶段d1导通，lm上的电压被输出电压钳位，因此，只有ls和cs参与谐振。
2）〔t2，t3〕当t=t2时，s1在零电压的条件下导通，变压器原边承受正向电压；d1继续导通，s2及d2截止。此时cs和ls参与谐振，而lm不参与谐振。
3）〔t3，t4〕当t=t3时，s1仍然导通，而d1与d2处于关断状态，tr副边与电路脱开，此时lm，ls和cs一起参与谐振。实际电路中lmls，因此，在这个阶段可以认为激磁电流和谐振电流都保持不变。
4）〔t4，t5〕当t=t4时，s1关断，谐振电流给s2的寄生电容放电，一直到s2上的电压为零，然后s2的体二级管导通。此阶段d2导通，lm上的电压被输出电压钳位，因此，只有ls和cs参与谐振。
图3、4
6）〔t6，t7〕当t=t6时，s2仍然导通，而d1和d2处于关断状态，tr副边与电路脱开，此时lm，ls和cs一起参与谐振。实际电路中lm》ls，因此，在这个阶段可以认为激磁电流和谐振电流都保持不变。
通过上面的详细分析，对这两类软开关型变换器的工作原理及其特性有了一定的了解，下面将对它们之间的差异进行比较，进一步加深对它们的认识。
2 两种变换器差异的对比
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