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本周真像是要量產小文章啊……
今天接觸了一下LLC諧振電路。LLC諧振電路中，主要分為半橋諧振和全橋諧振。而副邊分為不可控整流和同步整流。全橋是指H橋，具有4個可控開關。半橋是只有H橋的一般，只有2個可控開關。同步整流主要是指，都用內置二極管的MOS管替代二極管。二極管普遍具有0.7V或者0.3V的標准導通壓降，電流增大，導通壓降也會隨着增大。而MOS管，導通電阻是毫歐等級的，導通壓降等於電流乘以導通電阻，很小。用同步整流的方式，可降低二極管損耗、提高電源轉換效率。
1、半橋LLC諧振電路
半橋LLC諧振電路拓撲結構如下：
電路中，可控MOS管Q1和Q2串聯，組成半橋。每個MOS管，都內置有方向並聯二極管、同時在漏極和源極有一個等效電容（其實高頻特性下，MOS管的每個引腳之間都有一個等效電容）。電容Cr和電感Lr、和變壓器T1的原邊電感Lm構成了一個LLC諧振電路。變壓器T1的副邊，經過二極管D1和二極管D2，整流后得到為負載供電。電容Cout主要起濾波作用。
諧振原理：
可得到
繪制出傳遞函數的波特圖。
MATLAB中運行：
-
Lr =
20e-
6;
-
Lm=
20e-
6;
-
Cr=
0.
1e-
6;
-
y1= tf([Lm*Cr,
0,
0],[Cr*(Lr+Lm),
0,
1])
-
[MAG, PHASE,W] = bode(y1);
-
bode(y1)
-
grid on
可得到下面的波特圖：
可見在諧振頻率點處，LLC的增益達到了137dB。只有在諧振點附近，增益為正數。離諧振點較遠的頻率都有抑制作用。因次，控制半橋的可控管，LLC電路工作在諧振點，電路輸出最有最大電壓；若控制半橋的可控硅，讓LLC電路工作頻率遠離諧振點，可讓LLC輸出的電壓降低。
1.1 半橋LLC諧振電路的工作模態
設
、
、
諧振的頻率為
，則
設和的諧振頻率為
，則
用PWM波控制LLC中的半橋，通常使用占空比為50%的PWM波。采用改變頻率的方式，控制LLC的輸出電壓。
設開關頻率為
。LLC電路分為三種情況。第一種是
。第二種是
，第三種是
。
以為例，介紹本電路的工作模態（找了幾篇參考論文，都沒把各種工作頻率下的工作模態介紹完全）。
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| 工作模態1 |
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| 工作模態2 |
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| 工作模態3 |
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| 工作模態4 |
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| 工作模態5 |
1.2 電路仿真
在PSIM軟件中對電路進行了仿真。
仿真步長Time step = 1e-7；仿真總時間total time = 0.1；
LLC中，Lr=20uH；Lm=20uH；Cr=0.1uF；負載側濾波電容Cout=4700uF；負載電阻為120歐姆。
閉環控制比較難仿真，邏輯較復雜因此，先做開環控制的仿真。通過自行改變三角波的頻率，觀察輸出電壓的變化。
Fs=80K：
Fs=100KHz：
Fs = 112539Hz:
Fs=130KHz：
Fs=160KHz
仿真結果顯示，三角載波由80KHz下降到160K，輸出電壓也呈現下降趨勢。
2、全橋LLC
全橋LLC的拓撲結構如下：
和上面半橋LLC的區別是，諧振電路的輸入端是一個H橋全橋電路。
2.1 全橋LLC的工作模態
全橋LLC電路同樣分為三種情況。第一個頻段是。第二個頻段是，第三個頻段是。詳見參考文獻[1]。
2.1.1 第一個頻段：
主要器件的信號波形如下：
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| 工作模態1：t0-t1 | 工作模態5：t4-t5 |
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| 工作模態2：t1-t2 | 工作模態6：t5-t6 |
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| 工作模態3：t2-t3 | 工作模態7：t6-t7 |
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| 工作模態4：t3-t4 | 工作模態8：t7-t8 |
2.1.2 第三個頻段：
主要器件的信號波形如下：
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| 工作模態1：t0-t1 | 工作模態4：t3-t4 |
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| 工作模態2：t1-t2 | 工作模態5：t4-t5 |
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| 工作模態3：t2-t3 | 工作模態6：t5-t6 |
時在這里不介紹了。
2.2 仿真
同樣，仿真軟件使用PSIM9.0
開關頻率80KHz：
開關頻率100KHz：
開關頻率120KHz：
開關頻率170KHz：
開關頻率200KHz：
開關頻率230KHz：
仿真結果顯示，三角載波由80KHz下降到250K，輸出電壓也呈現下降趨勢。
3. 半橋LLC+同步整流
拓撲如下：
在參考文獻[2]中，設計的服務器電源的LLC拓撲就是本拓撲。全橋拓撲中，變壓器的原邊電路中，電容C2和二極管D2都是MOS管Q2所內置的；電容C4和二極管D4都是MOS管Q4所內置的。
本拓撲中的變壓器原邊中，使用了兩個諧振電容和兩個二極管，分別替代全橋LLC中的MOS管Q2和MOS管Q4。
同時，本拓撲中，變壓器的副邊，比傳統的LLC拓撲，移動了一下元器件的位置。並采用同步整流以降低二極管的開關損耗。
參考文獻[2]中介紹大的是一款效率符合Titanium（鈦金級）標准的電源。但是沒具體介紹單片機實現的方式。另外找到了一款符合Platinum（鉑金級）標准的電源請見參考文獻[3]。主要是后者這款，具有部分數字化邏輯框圖。
電路的硬件連接方式如下圖：
所需要采集的信號量為：1、諧振電感的電流；2、負載電壓；3、負載電流；4、變壓器中心抽頭的電壓。
3.1 仿真
先做開環仿真驗證系統是否可行：
仿真步長Time step = 1e-7；仿真總時間total time = 0.1；
LLC中，Lr=20uH；Lm=20uH；兩個都是Cr=0.1uF；負載側PI型濾波器中，兩個濾波電容C=470uF，濾波電感20uH；負載電阻為120歐姆。
輸出電壓：
參考文獻1：LLC諧振變換器在電力電子變壓器中的應用研究_陸玉
參考資料2：《Infineon-ApplicationNote_EvaluationBoard_EVAL_1K6W_PSU_G7_DD-AN-v01_01-EN.pdf》跳轉頁面
參考資料3：《Infineon-Application_note_evaluation_board_EVAL_800W_PSU_3P_P7-AN-v01_00-EN.pdf》跳轉頁面