0    引言

    隨著開關(guān)電源的發(fā)展,，軟開關(guān)技術(shù)得到了廣泛的發(fā)展和應(yīng)用,，已研究出了不少高效率的電路拓?fù)洌饕獮?a class="innerlink" href="http://wldgj.com/tags/諧振" title="諧振" target="_blank">諧振型的軟開關(guān)拓?fù)浜蚉WM型的軟開關(guān)拓?fù)?。近幾年來,，隨著半導(dǎo)體器件制造技術(shù)的發(fā)展，開關(guān)管的導(dǎo)通電阻,，寄生電容和反向恢復(fù)時間越來越小了,，這為諧振變換器的發(fā)展提供了又一次機遇。對于諧振變換器來說,，如果設(shè)計得當(dāng),，能實現(xiàn)軟開關(guān)變換，從而使得開關(guān)電源具有較高的效率,。

1    兩種變換器的工作原理

1.1    不對稱半橋變換器

    圖1和圖2分別給出了傳統(tǒng)的不對稱半橋變換器的電路圖和工作波形。圖1中包括兩個互補控制的功率MOSFET（S₁和S₂）,，其中S₁的占空比為D,，S₂的占空比為（1－D）；隔直電容C_b,，其上電壓作為S₂開通時的電源,；中心抽頭變壓器T_r，其原邊匝數(shù)為N_p,，副邊匝數(shù)分別為N_s1和N_s2,；半橋全波整流二級管D₁和D₂；輸出濾波電感L_d,，電容C_f,。

圖1    不對稱半橋變換器

圖2    不對稱半橋變換器的工作原理

    不對稱半橋（AHB）變換器的穩(wěn)態(tài)工作原理如下。

    1）當(dāng)S₁導(dǎo)通S₂關(guān)斷時，變壓器原邊承受正向電壓,，副邊N_s1工作,；二極管D₁導(dǎo)通，二極管D₂截止,；

    2）當(dāng)S₂導(dǎo)通S₁關(guān)斷時,，隔直電容C_b上的電壓加在變壓器的原邊，副邊N_s2工作,，二極管D₁截止,。

    圖2中n₁=N_p/N_s1，n₂=N_p/N_s2,，且n₁=n₂=n,。通過對電路的分析，可以得到傳統(tǒng)不對稱半橋變換器占空比D的計算公式

    D=（1）

1.2    LLC諧振變換器

    圖3和圖4分別給出了LLC諧振變換器的電路圖和工作波形,。圖3中包括兩個功率MOSFET（S₁和S₂）,，其占空比都為0.5；諧振電容C_s,，副邊匝數(shù)相等的中心抽頭變壓器T_r,，T_r的漏感L_s，激磁電感L_m,，L_m在某個時間段也是一個諧振電感,，因此，在LLC諧振變換器中的諧振元件主要由以上3個諧振元件構(gòu)成,，即諧振電容C_s,，電感L_s和激磁電感L_m；半橋全波整流二極管D₁和D₂,，輸出電容C_f,。

圖 3    LLC諧 振 變 換 器 

圖 4    LLC諧 振 變 換 器 的 工 作 原 理

    LLC變換器的穩(wěn)態(tài)工作原理如下。

    1）〔t₁,，t₂〕當(dāng)t=t₁時,，S₂關(guān)斷，諧振電流給S₁的寄生電容放電,，一直到S₁上的電壓為零,，然后S₁的體二級管導(dǎo)通。此階段D₁導(dǎo)通,，L_m上的電壓被輸出電壓鉗位,，因此，只有L_s和C_s參與諧振,。

    2）〔t₂,，t₃〕當(dāng)t=t₂時，S₁在零電壓的條件下導(dǎo)通，變壓器原邊承受正向電壓,；D₁繼續(xù)導(dǎo)通,，S₂及D₂截止。此時C_s和L_s參與諧振,，而L_m不參與諧振,。

    3）〔t₃，t₄〕當(dāng)t=t₃時,，S₁仍然導(dǎo)通,，而D₁與D₂處于關(guān)斷狀態(tài)，T_r副邊與電路脫開,，此時L_m,，L_s和C_s一起參與諧振。實際電路中L_m>>L_s,，因此,，在這個階段可以認(rèn)為激磁電流和諧振電流都保持不變。

    4）〔t₄,，t₅〕當(dāng)t=t₄時,，S₁關(guān)斷，諧振電流給S₂的寄生電容放電,，一直到S₂上的電壓為零,，然后S₂的體二級管導(dǎo)通。此階段D₂導(dǎo)通,，L_m上的電壓被輸出電壓鉗位,，因此，只有L_s和C_s參與諧振,。

    5）〔t₅,，t₆〕當(dāng)t=t₅時，S₂在零電壓的條件下導(dǎo)通,，T_r原邊承受反向電壓,；D₂繼續(xù)導(dǎo)通，而S₁和D₁截止,。此時僅C_s和L_s參與諧振,，L_m上的電壓被輸出電壓箝位,，而不參與諧振,。

    6）〔t₆，t₇〕當(dāng)t=t₆時,，S₂仍然導(dǎo)通,，而D₁和D₂處于關(guān)斷狀態(tài)，T_r副邊與電路脫開，此時L_m,，L_s和C_s一起參與諧振,。實際電路中L_m>>L_s，因此 ,， 在 這 個 階 段 可 以 認(rèn) 為 激 磁 電 流 和 諧 振 電 流 都 保 持 不 變 ,。

    通過上面的詳細(xì)分析，對這兩類軟開關(guān)型變換器的工作原理及其特性有了一定的了解,，下面將對它們之間的差異進(jìn)行比較,，進(jìn)一步加深對它們的認(rèn)識。

2    兩種變換器差異的對比

    雖然不對稱半橋變換器和LLC諧振變換器都是軟開關(guān)型變換器,，但是,，兩者有本質(zhì)的區(qū)別。不對稱半橋變換器是PWM型的,，而LLC諧振變換器是諧振型的,，因此，它們在控制方法,、副邊整流管的電壓應(yīng)力,、原邊的電流應(yīng)力等方面有很大的差異，下面將對這些差異進(jìn)行詳細(xì)分析,。

2.1    控制方法的對比

    不對稱半橋變換器通過調(diào)節(jié)開關(guān)管的占空比來調(diào)節(jié)輸出電壓,，圖5給出了在不同的輸入電壓下的占空比變化情況，從圖5可以看出當(dāng)輸入電壓變化范圍比較大時,，開關(guān)管的占空比變化范圍也比較大,，因此，不對稱半橋變換器的掉電維持時間特性比較差,。

圖 5    不 對 稱 半 橋 占 空 比 變 化 圖

    與不對稱半橋變換器相比,，LLC諧振變換器是通過調(diào)節(jié)開關(guān)頻率來調(diào)節(jié)輸出電壓的，也就是在不同的輸入電壓下它的占空比保持不變,，因此,，與不對稱半橋相比，它的掉電維持時間特性比較好,，可以廣泛地應(yīng)用在對掉電維持時間要求比較高的場合,。

2.2    副邊整流管電壓應(yīng)力的對比

    通過對不對稱半橋變換器工作原理的分析，可以得到副邊二極管上的電壓應(yīng)力的計算方法如式（2）及式（3）所示,，這樣當(dāng)輸入電壓變化時,，就可以了解副邊二極管電壓的變化情況。圖6給出了輸出電壓為48V時副邊整流管上電壓變化情況,。當(dāng)輸入電壓比較高時,，D₂上的電壓比較高,，因此，D₂必須選用耐壓等級比較高的二極管,，這樣就會增加電路的損耗,。

    V_D1=（2）

    V_D2=（3）

圖6    不 對 稱 半 橋 中 副 邊 二 級 管 電 壓 應(yīng) 力 圖

    相同條件下，LLC諧振變換器中副邊二極管上的電壓應(yīng)力比不對稱半橋變換器小很多,，因為,，在LLC諧振變換器中副邊二極管上的電壓應(yīng)力是輸出電壓的2倍，如圖7所示,。因此,，在LLC諧振變換器中可以選擇耐壓比較低的二極管，從而可以提高電路的效率,。

圖 7    LLC變 換 器 中 副 邊 二 級 管 電 壓 應(yīng) 力 圖

2.3    副邊二極管的開通對比

    從對不對稱半橋變換器的分析可知其副邊二極管是硬開通,，損耗比較大；而從對LLC諧振變換器的分析可知其副邊二極管是零電流開關(guān),，損耗比較小,，這樣就可以提高變換器的效率。

2.4    其他方面

    首先,，在不對稱半橋變換器中上下開關(guān)管的占空比是互補的,，因此，不對稱半橋變換器中的變壓器有直流偏置現(xiàn)象,；而在LLC諧振變換器中上下開關(guān)管的占空比是相等的,，因此，LLC諧振變換器中的變壓器沒有直流偏置現(xiàn)象,。

    其次,，LLC諧振變換器是通過調(diào)開關(guān)管的工作頻率來調(diào)節(jié)輸出電壓，因此,，對于LLC諧振變換器來說,，要實現(xiàn)同步整流控制比較復(fù)雜；而不對稱半橋變換器是通過調(diào)開關(guān)管的占空比來調(diào)節(jié)輸出電壓,，因此,，對于不對稱半橋變換器來說，要實現(xiàn)同步整流控制比較簡單,。

    另外,，通過對LLC諧振變換器的分析，可知其電流應(yīng)力比較高,；而在不對稱半橋變換器中電流應(yīng)力比較低,。

3    結(jié)語

    通過對不對稱半橋變換器和LLC諧振變換器的分析和研究，對它們的控制方法,，副邊整流管電壓應(yīng)力和副邊開通等進(jìn)行的對比,，可以知道LLC諧振變換器更能適合電源對高頻和高效率的發(fā)展需求。