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2LLC谐振全桥变换器拓扑及工作机理

全桥变换器由于具有较高功率密度而广泛应用于中、大功率场合，其主电路拓扑如图1所示。该电路主要包括初级4个功率MOSFET、谐振电感Lr、谐振电容Cr、励磁电感Lm，次级则由整流二极管VD5和VD6以及输出滤波电容Co组成。

可见，拓扑中次级没有滤波电感，整流二极管无需缓冲吸收网络，与传统的全桥拓扑相比，其元件大为减少，且变换器的磁性元件能很容易集成到一个磁芯，主变压器的漏感和Lm也能被利用。

LLC谐振全桥变换器包括如图2所示的3个工作区域：其中区域1，2的主开关管工作在ZVS状态，而区域3的主开关管工作在ZCS状态。对于选用MOSFET作为主开关管的高频LLC变换器而言，工作在ZVS条件下其开关损耗最小，工作状态较佳，故其所需的工作区域为增益曲线的右侧(其中负斜率表示初级MOSFET工作在ZVS模式)。当LLC变换器工作在如图2所示的ωs=ωr状态下时，其增益由变压器的匝比决定，从效率和EMI的角度而言，在这个工作点状态下由于正弦初级电流、MOSFET和次级整流二极管都得到最优化利用，故为最佳工作点，但是这只能在特定的工作电压以及负载条件下得到。LLC谐振全桥变换器存在两个谐振频率，一个为Lr与Cr的谐振频率：

由于该电路采用PFM控制模式，所以变换器工作频率fs既可以工作在fs≥fr的频率范围内，也可以工作在fm<fs<fr的频率范围内。下面就其工作在fm<fs<fr频段内(该频段内工

(4)定时电阻RT和定时电容CT的确定：

两路驱动脉冲的死区时间由RT和CT确定，根据谐振频率的大小以及工作频率变化范围，初步选定死区时间Tdead=0．47μs，依据：RT=Tdead／(0．348CT)，得到RT=2．7kΩ，CT=500nF。芯片根据反馈量大小进行PFM，其实质性机理就是通过改变流经RVFO的电流从而改变IROSC，最终改变内部压腔振荡器频率。在稳态情况下，芯片的脚3电位被内部三极管箝位在2．5V，当脚6，7短接组成电压跟随器形式时，外部PI调节器的运算值即反馈值从脚8输入。由于误差放大器被软启动缓冲器箝位，当反馈量的值大于1．5V时，才能进入线性调节区域，故外部反馈值的范围在1．5～2．5V之间。综上所述，利用MC33067所搭建的频率调制控制原理图如图4所示。

4试验结果

基于以上设计流程搭建了一个2kW功率等级的LLC谐振全桥变换器的主电路和控制电路，测试了大量的关键点波形。

图5a示出390V直流输入，满载功率2kW时初级VT3的驱动电压波形ugsVT3和VT4漏源电压波形udsVT4。可见，udsVT4在ugsVT3由低电平切换为高电平之前就已经建立起母线电压，说明VT3工作在ZVS状态。图5b示出390V输入，满载功率2kW时Lm两端电压波形uab和次级整流输出电流波形iud。

可见，初级电压关断时刻，次级电流刚好到零，无反向恢复，处于最佳ZCS状态。

图6为390V输入，48V输出时不同输出功率下输出电流在10A，20A，30A，40A，50A时对应的整机效率曲线。可见，在给定输入电压情况下，输出全负载范围内变换器的效率都比较高。

5结论

在此详细地介绍了LLC谐振全桥变换器的基本工作机理及主电路谐振腔的设计方法，同时介绍了基于MC33067的频率调制电路，并在此基础上设计了一款输出48V，2kW功率等级的LLC谐振全桥变换器。试验结果表明，所设计的LLC谐振全桥变换器在额定