LLC转换器的基本工作

2022.11.03

本文的关键要点

・通常，LLC转换器在增益大于1且MOSFET导通执行ZVS工作的区域（2）中运行。

・区域（2）中的LLC转换器的电路工作分为10种模式。

接续上一篇文章“LLC转换器的工作特性”之后，在本文中我们将介绍下面的第3项：“LLC转换器的基本工作”。

LLC转换器的基本结构
LLC转换器的工作特点
LLC转换器的基本工作
MOSFET的反向恢复特性对于LLC转换器失谐的重要性

LLC转换器的基本工作

在上一篇的图2的区域（2）中，MOSFET导通时是ZVS工作，因此LLC转换器通常在这个区域使用。图3为区域（2）中的工作波形。Q1和Q2的漏极电流波形（I_{D_Q1}、I_{D_Q2}）表明在导通时是ZVS工作。

图3. 区域（2）中LLC转换器的工作波形

如图3的下部分所示，区域（2）中LLC转换器的电路工作分为10种模式。每种模式的工作如下面的图4-1～10所示。

	Mode（1） Q1为导通（ON）状态，Q2为关断（OFF）状态。负载电流和励磁电流都流过一次侧。电流I_D1经由D1流过二次侧。此时，L_r和C_r的谐振而流过正弦波状的电流。当I_D1变为0A时，进入下一个工作模式。
	Mode（2）继Mode（1）之后，继续保持Q1为导通（ON）状态，Q2为关断（OFF）状态。当流过D1的电流变为0A时，一次侧的负载电流也变为0A，但励磁电流仍在流动并且该励磁电流会对C_r充电。随着该充电时间增加，充电电荷量会增多，输出电压会上升。
	Mode（3） Q1关断（OFF）。励磁电流流过并开始对Q1的输出电容C_{oss_Q1}充电。同时，Q2的输出电容C_{oss_Q2}开始放电。
	Mode（4） C_{oss_Q1}的充电和C_{oss_Q2}的放电完成后，励磁电流流经Q2的体二极管。由于电流流过体二极管而使V_{DS_Q2}几乎变为0V，这使得MOSFET导通时的开关损耗也几乎变为零。
	Mode（5） Q2导通（ON）。由于励磁电流在导通之前已经流过体二极管，所以导通时是ZVS工作。 C_r由于被充电而发挥电源的作用，这会使一次侧产生负载电流并经由D2流过二次侧。励磁电流的流向与负载电流相反，但由于变压器的一次侧被施加负电压，因此励磁电流会逐渐减小，最终其流向变得与负载电流的方向相同。
	Mode（6） Q1为关断（OFF）状态，Q2为导通（ON）状态。负载电流和励磁电流都流过一次侧。电流I_D2经由D2流过二次侧。此时，L_r和C_r的谐振而流过正弦波状的电流。当I_D2变为0A时，进入下一个工作模式。
	Mode（7）继Mode（6）之后，继续保持Q1关断（OFF）、Q2导通（ON）状态。当流过D2的电流变为0A时，一次侧的负载电流也变为0A。此时，励磁电流流过一次侧并对C_r充电。随着该充电时间增加，充电电荷量会增多，输出电压会上升。
	Mode（8） Q2关断（OFF）。励磁电流流过并开始对Q2的输出电容C_{oss_Q2}充电，同时，Q1的输出电容C_{oss_Q1}开始放电。
	Mode（9） C_{oss_Q2}的充电和Coss_Q1的放电完成后，励磁电流流经Q1的体二极管。由于电流流过体二极管而使V_{DS_Q1}几乎变为0V，这使得MOSFET导通时的开关损耗也几乎变为零。
	Mode（10） Q1导通（ON）。与Mode（5）一样，由于励磁电流在导通之前已经流过体二极管，所以导通时是ZVS工作。 C_r由于被充电而发挥电源的作用，这会使一次侧产生负载电流并经由D1流过二次侧。励磁电流的流向与负载电流相反，但由于变压器的一次侧被施加负电压，因此励磁电流会逐渐减小，最终其流向变得与负载电流的方向相同。

图4-1～10：LLC转换器的10种工作模式

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	Mode（1） Q1为导通（ON）状态，Q2为关断（OFF）状态。负载电流和励磁电流都流过一次侧。电流I_D1经由D1流过二次侧。此时，L_r和C_r的谐振而流过正弦波状的电流。当I_D1变为0A时，进入下一个工作模式。
	Mode（2）继Mode（1）之后，继续保持Q1为导通（ON）状态，Q2为关断（OFF）状态。当流过D1的电流变为0A时，一次侧的负载电流也变为0A，但励磁电流仍在流动并且该励磁电流会对C_r充电。随着该充电时间增加，充电电荷量会增多，输出电压会上升。
	Mode（3） Q1关断（OFF）。励磁电流流过并开始对Q1的输出电容C_{oss_Q1}充电。同时，Q2的输出电容C_{oss_Q2}开始放电。
	Mode（4） C_{oss_Q1}的充电和C_{oss_Q2}的放电完成后，励磁电流流经Q2的体二极管。由于电流流过体二极管而使V_{DS_Q2}几乎变为0V，这使得MOSFET导通时的开关损耗也几乎变为零。
	Mode（5） Q2导通（ON）。由于励磁电流在导通之前已经流过体二极管，所以导通时是ZVS工作。 C_r由于被充电而发挥电源的作用，这会使一次侧产生负载电流并经由D2流过二次侧。励磁电流的流向与负载电流相反，但由于变压器的一次侧被施加负电压，因此励磁电流会逐渐减小，最终其流向变得与负载电流的方向相同。
	Mode（6） Q1为关断（OFF）状态，Q2为导通（ON）状态。负载电流和励磁电流都流过一次侧。电流I_D2经由D2流过二次侧。此时，L_r和C_r的谐振而流过正弦波状的电流。当I_D2变为0A时，进入下一个工作模式。
	Mode（7）继Mode（6）之后，继续保持Q1关断（OFF）、Q2导通（ON）状态。当流过D2的电流变为0A时，一次侧的负载电流也变为0A。此时，励磁电流流过一次侧并对C_r充电。随着该充电时间增加，充电电荷量会增多，输出电压会上升。
	Mode（8） Q2关断（OFF）。励磁电流流过并开始对Q2的输出电容C_{oss_Q2}充电，同时，Q1的输出电容C_{oss_Q1}开始放电。
	Mode（9） C_{oss_Q2}的充电和Coss_Q1的放电完成后，励磁电流流经Q1的体二极管。由于电流流过体二极管而使V_{DS_Q1}几乎变为0V，这使得MOSFET导通时的开关损耗也几乎变为零。
	Mode（10） Q1导通（ON）。与Mode（5）一样，由于励磁电流在导通之前已经流过体二极管，所以导通时是ZVS工作。 C_r由于被充电而发挥电源的作用，这会使一次侧产生负载电流并经由D1流过二次侧。励磁电流的流向与负载电流相反，但由于变压器的一次侧被施加负电压，因此励磁电流会逐渐减小，最终其流向变得与负载电流的方向相同。

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