摘要：分析了一种非常适合工作在超高频下的多谐振dc/dc变换器。该变换器的所有开关管工作在zvs状态下，所有整流二极管工作在zcs状态下。该变换器结构简单，整个变换器只需一颗磁元件。并详细分析了该变换器的超高频适应性。一个135v输入，54v/3a输出，开关频率高于1mhz的样机验证了它的工作原理和超高频适应性。该样机在额定条件下效率达到88.7％。

关键词：多谐振；软开关；变换器

引言

轻小化是目前电源产品追求的目标。而提高开关频率可以减小电感、电容等元件的体积。但是开关频率提高的瓶颈是开关器件的开关损耗，于是软开关技术就应运而生。目前应用软开关技术，变换器开关频率已经可以很轻松地超过100khz。软开关电路可以分为缓冲型和控制型两种。缓冲型软开关拓扑往往附加了很多额外的线路，增加了成本，降低了可靠性，难以让用户接受。控制型软开关不增加主电路的元器件，通过合理设计控制电路来实现软开关，比较容易让用户采用。目前，成熟的控制型软开关电路并不多，典型的有移相全桥[1]、不对称半桥[2]等。这些都是pwm型的变换器，通过边缘谐振来实现软开关，能够降低开关损耗而基本不增加电压或电流的有效值。然而，这一类电路很难真正地做到所有半导体器件（包括开关管和二极管）的软开关。例如，移相全桥和不对称半桥的整流二极管都是硬关断的，有很严重的反向恢复问题。所以，这些电路无法工作在更高的开关频率。因此，当开关频率要进一步提高时，还是比较适合用谐振型变换器。

下面提出了一种多谐振的dc/dc变换器，开关频率超过了1mhz。该变换器的所有半导体器件都实现了软开关，是超高频变换器的一个很好的选择。

1 工作原理

图1所示是半桥结构的llc串联多谐振变换器:两个主开关s1和s2构成一个半桥结构，其驱动信号是占空比固定50％的互补信号，通过改变开关频率来实现输出电压的恒定。因此，这类谐振型变换器也可以归类于控制型软开关电路。电感ls、电容cs和变压器的励磁电感lm构成一个llc谐振网络。该谐振网络连接在半桥的中点与地之间，因此，谐振电容cs也起到隔直电容的作用。在输出侧，整流二极管d1和d2构成中心抽头的整流电路，整流二极管直接连接到输出电容co上。

图1

lc的本征谐振频率定义为

本文所述的llc串联多谐振变换器的开关频率范围为fm<f<fs。

在下面的分析中，co被认为是无穷大而以恒压源vo代替，主开关具有反向并联的二极管。该变换器的一个开关周期可以分为6个工作阶段，其等效电路如图2所示。相应的工作波形如图3所示。6个工作阶段的工作原理如下。

图2 各阶段等效电路

1）阶段1〔t0～t1〕 在t0时刻s2关断,谐振电流ir对s1的输出电容放电，s1的漏－源电压vds1开始下降,当vds1下降到零，s1的体二极管导通。输入电压加在llc串联回路上。在副边，变压器绕组的极性为上正下负，d1导通，lm的电压被输出电压vo钳位，谐振实际上发生在ls与cs之间，lm上的电流im线性上升。

2）阶段2〔t1～t2〕 在t1时刻s1在零电压条件下开通。im继续线性上升，ir流经s1并以正弦波形式逐渐上升。流过d1的输出电流为谐振电流与励磁电流之差。开关周期大于ls与cs的谐振周期，因此，在ir经过半个谐振周期后，s1仍然处于开通状态。当ir下降到与im相等时，d1电流因过零而关断。该工作阶段结束。

图3 主要工作波形

由于加在lm上的电压为nvo，im可表示为

式中：im为励磁电流的最大值；

vo为输出电压；

n为变压器原边对副边之匝比。

3）阶段3〔t2～t3〕 在t2时刻d1零电流条件下关断。输出