准谐振反激式拓扑、LLC谐振转换器拓扑

准谐振和谐振转换-两种提高电源效率的技术全球对能源成本上涨、环保和能源可持续性的关注正在推动欧盟、美国加州等地的相关机构相继推出降低电子设备能耗的规范。

交流输入电源，不论是独立式的还是集成在电子设备中的，都会造成一定的能源浪费。

首先，电源的效率不可能是100% 的，部分能量在电源大负载工作时被浪费掉。

其次，当负载未被使用时，连接交流线的电源会以待机功耗的形式消耗能量。

近年来，对电源效率等级的要求日趋严格。

最近，80% 以上的效率已成为了基本标准。

新倡议的能效标准更是要求效率达到87%及以上。

此外，只在满负载下测量效率的老办法已被淘汰。

目前的新标准涉及了额定负载的25%、50%、75% 和 100% 这四个点的四点平均水平。

同样地，最大允许待机功耗也越来越受到限制，欧盟提议所有设备的待机功耗均应低于500mW，对于我们将讨论的电视机，则小于200mW。

除专家级的高效率电源设计领域之外，电子设备中所用的功率范围从1W 到 500W的交流输入电源，一直以来主要采用两种拓扑：标准 (或硬开关) 反激式 (flyback) 拓扑，和双开关正激拓扑。

这两种拓扑都很易于理解，而它们存在的问题，以及如何予以避免，业界都已有充分的认识。

不过，随着对效率的要求不断提高，这两种拓扑将逐渐为三种新的拓扑所取代：准谐振反激式拓扑、LLC谐振转换器拓扑和不对称半桥拓扑。

准谐振反激式拓扑已被成功用于最低功率级到200W以上的范围。

在70W-100W范围，LLC谐振转换器比准谐振反激式拓扑更有效。

而在这两个功率级之上，不对称半桥转换器也很有效。

工作原理准谐振和谐振拓扑都能够降低电路中的导通开关损耗。

图1对比了连续传导模式 (CCM) 反激式、准谐振反激式和 LLC 谐振转换器的导通开关波形。

所有情况下的开关损耗都由下式表示：这里，PTurnOnLoss 为开关损耗；ID 为漏极电流；VDS 是开关上的电压；COSSeff 是等效输出电容值(包括杂散电容效应)；tON 是导通时间，而fSW 是开关频率。

LLC谐振变换器是一种高效的电力转换器，常用于直流-直流（DC-DC）和直流-交流（DC-AC）的能量转换应用。

它采用谐振技术，在输入和输出之间实现高效能量传输。

LLC谐振变换器的原理如下：
1.输入滤波器：LLC谐振变换器的输入端通常包含一个电感、电容和滤波器电路。

它
的作用是滤除输入电源中的高频噪声，并提供稳定的输入电压。

2.变换器拓扑：LLC谐振变换器的核心是一个组合了电感（L）、电容（C）和电阻（R）
的谐振电路。

这个谐振电路通常呈LC串联并联的形式，形成了谐振回路。

3.开关控制：LLC谐振变换器通过开关管（通常是MOSFET）来控制能量的流动。

开
关管的状态由控制电路根据需求进行调整。

4.谐振过程：在LLC谐振变换器中，开关管周期性地打开和关闭，从而使能量在谐振
电路中流动。

当开关管关闭时，电感和电容形成谐振回路，储存能量；当开关管打
开时，谐振回路释放能量到输出端。

5.控制和调整：LLC谐振变换器的控制电路负责监测输入和输出的电压、电流，以及
开关管的状态，并根据需要进行调整。

通过精确控制开关管的开关频率和占空比，
可以实现高效的能量转换和稳定的输出。

LLC谐振变换器利用谐振技术，在开关管的开启和关闭过程中实现零电压或零电流切换，减少了开关损耗和开关噪声，提高了转换效率。

同时，谐振电路的特性使得LLC谐振变换器具有较好的抗干扰能力和较低的电磁干扰（EMI）。

总而言之，LLC谐振变换器利用谐振原理实现高效的能量转换和稳定的输出，适用于多种功率转换应用，如电源适配器、电动车充电器、太阳能逆变器等。

LLC 谐振变换器的设计要素摘要：最近LCC 谐振变换器备受关注，因为它优于常规串联谐振变换器和并联谐振变换器：在负载和输入变化较大时，频率变化仍很小，且全负载范围内切换可实现零电压转换（ZVS）。

本文介绍了LLC型谐振变换器的分析方法，回顾了LLC型谐振变换器的实际设计要素。

其中包括设计变压器和选择元器件。

采用一设计实例，逐步说明设计流程，有助于工程师更加轻松地设计LLC谐振器。

I. 引言功率变换器设计中，对增大功率密度，缩小设计尺寸的要求越来越高，迫切需要设计师提高开关频率。

采用高频工作将大大降低无源器件的尺寸，如变压器和滤波器。

但存在的开关损耗却对高频工作带来不利影响。

为减少开关损耗，使高频工作正常，故提出谐振切换技术[1-7]。

这些技术按正弦波处理功率，并且开关器件可以很方便地软换向。

因此，开关损耗和噪声可大幅度减少。

常规谐振器使用串联的电感电容作为谐振网络。

负载连接有两种基本结构，串联和并联。

对于串联谐振变换器（SRC）, 整流负载网络与一个LC谐振网络串联，如图1所示[2-4]。

从这个结构看来，谐振网络与负载作为一个分压器。

通过改变驱动电压V d 的频率，改变谐振网络的阻抗。

输入电压将分配到这部分阻抗和反射负载上。

因为，它是一个分压器，SRC直流增益始终小于1。

在小负载条件下，负载阻抗相对于与谐振网络的阻抗非常大；全部输入电压落在负载上。

这使得人们很难在小负载条件下调节输出。

理论上，在没有负载的情况下调节输出，频率会变为无限大。

对于并联谐振变换器，整流负载网络与谐振电容是并联的，如图[5-7] 所示。

由于负载同谐振网络是并联的，因此不可避免地存在着大量的循环电流。

这使得人们难以在大功率场合下使用并联谐振电路。

图1 半桥串联谐振变换器图2 半桥并联谐振变换器为了解决传统谐振变换器的局限性，提出了LLC谐振变换器[8-12]。

对比常规谐振器，LLC型谐振变换器具有许多优点。

首先，它可以在输入和负载大范围变化的情况下调节输出，同时开关频率变化相对很小。

了解电力电子技术中的谐振变换器电路拓扑谐振变换器电路拓扑是电力电子技术中常见的一种电路结构，其通过谐振实现能量的高效转换和控制。

本文将就谐振变换器的基本原理、不同类型的谐振变换器及其特点进行介绍和分析。

第一部分：谐振变换器的基本原理谐振变换器是一种能量转换电路，其基本原理是在电路中引入谐振元件（如电感和电容），通过合理的谐振频率使能量在不同电路元件之间进行转移和控制。

谐振变换器的基本原理可以用以下几个关键要点来概括：1. 谐振频率：谐振变换器的谐振频率是实现能量高效转换的关键。

在设计谐振变换器时，需要合理选择电路元件的数值以确保电路能够在所需的频率范围内谐振。

2. 谐振元件：谐振元件是谐振变换器中的核心元件，通常包括电感和电容。

它们通过谐振的方式控制能量的转移和传递，从而实现高效的能量转换。

3. 控制方式：谐振变换器的控制方式可以分为开关控制和调制控制两种。

开关控制通过控制开关元件（如MOSFET）的开关状态来调节能量的转移和传输；调制控制则是通过改变谐振频率或者改变开关周期来实现能量的控制。

第二部分：谐振变换器的主要类型及其特点1. 单端拓扑谐振变换器单端拓扑谐振变换器常见的有LLC谐振变换器和LCC谐振变换器。

LLC谐振变换器是一种常用的谐振变换器，具有输出电流平滑、转换效率高等特点；LCC谐振变换器则适用于功率较大的应用场景，具有较高的功率密度和较小的开关失真等特点。

2. 双端拓扑谐振变换器双端拓扑谐振变换器在应用中也非常广泛，常见的有LLC谐振变换器、LLCC谐振变换器和LLCL谐振变换器。

LLC谐振变换器在电力电子领域被广泛使用，具有功率密度高、体积小、转换效率高等优点；LLCC谐振变换器在高压应用中具有优秀的性能；LLCL谐振变换器则适用于高频应用，具有较高的输出精度和转换效率。

3. 其他谐振变换器除了上述单端和双端谐振变换器外，还存在一些其他类型的谐振变换器，如ZVS谐振变换器和HZVS谐振变换器。

飞兆推出一款双管反激式解决方案一体型(All-In-One, AIO) 应用设备电源的设计人员一直面对对空间有限、满足世界各地能源法规要求，以及提供易于设计之解决方案的挑战。

为了应对这些挑战，全球领先的高性能功率和移动产品供应商飞兆半导体公司(Fairchild Semiconductor) 推出一款采用mWSaver 技术的双管反激式解决方案。

用于AIO 设备的传统电源拓扑解决方案包括LLC 和单开关准谐振(QR) 反激式拓扑。

要在易于设计性、不同负载水平的功率损耗，以及效率三方面取得平衡时，每种拓扑都各有其优劣之处。

对于AIO 设备的功率范围，LLC 提供最佳的总体效率，优于双管QR 和单开关QR 反激式转换器。

不过，由于LLC 变压器的设计很难，因此在三种拓扑中具有最高的轻负载功耗。

单开关QR 反激式转换器的效率最低，但是它们易于设计且在轻负载下具有低功耗。

飞兆半导体的双管QR 反激式拓扑和次级端同步整流方案是用于AIO 应用设备的理想解决方案，能够提供良好的总体效率，降低轻负载功耗，而且易于设计。

飞兆半导体提供的AIO 解决方案非常适合75W~230W 功率范围应用，包括FAN6920MR 集成式临界导通模式PFC 和准谐振电流模式PWM 控制器产品；FAN7382 栅极驱动器；以及用于反激式拓扑和正激续流整流的FAN6204 次级端同步整流(SR)控制器。

而且，这些器件都具有同级最佳的无/轻负载功耗，能够实现达到2013 ErP 标准的设计，并可省去LLC 解决方案所需的附加电路。

此外，这些器件采用了mWSaver 技术，可为AIO 解决方案提供最低的待机输入功率。

准谐振控制技术既能够减少缓冲器和泄漏电感的损耗，同时也可改进散热性能。

此外，它更降低了SR MOSFET 的Vds 以提高效率，并实现更小的电路板尺寸。

其内置两级电平PFC 输出提升了低压输入的效率。

飞兆半导体增添高端和低端栅极驱动IC 产品FAN7382，能够驱动电压高达600V 的高压MOSFET 器件，大大丰富了公司的产品系列。

主题: 常见反激式、正激式、桥式、推挽式DC／DC电源变换器的拓扑类型常见DC/DC电源变换器的拓扑类型见表1～表3所列。

表中给出不同的电路结构，同时也给出相应的电压及电流波形(设相关的电感电流为连续工作方式)。

PWM表示脉宽调制波形，U1为直流输入电压，UDS为功率开关管S1(MOSFFT)的漏一源极电压。

ID1为S1的漏极电流。

IF1为D1的工作电流，U0为输出电压，IL为负载电流。

T为周期，t为UO呈高电平(或低电平)的时问及开关导通时间，D为占空比，有关系式：D=t/T。

C1、C2均为输入端滤波电容，CO为输出端滤波电容，L1、L2为电感。

1、常见单管DC/DC电源变换器
2、常见反激式或正激式DCDC电源变换器
3、常见桥式或推挽式DCDC电源变换器。

准谐振反激拓扑
准谐振反激拓扑是一种在电力电子转换器中常用的拓扑结构，用于实现高效率和高功率密度的能量转换。

它通常用于设计交流-直流（AC-DC）或直流-直流（DC-DC）转换器。

准谐振反激拓扑中的关键元件包括主开关管、副开关管、变压器、电感、电容等。

通过合理地控制开关管的开关时间和频率，使得电压和电流在合适的时间和条件下达到准谐振状态。

在准谐振反激拓扑中，主要的工作原理是在主开关管关闭之前，通过对副开关管进行适当的开关操作，将能量储存在电感和电容中。

然后，在主开关管打开时，储存的能量通过变压器和输出电路传递给负载。

准谐振反激拓扑的优点包括：
1.高效率：准谐振操作可以降低开关管的开关损耗，从而提高转换器的整体效率。

2.高功率密度：相比传统拓扑，准谐振反激拓扑可以在较小的体积内实现较高的功率输出。

3.低电磁干扰：准谐振操作可以减少电磁干扰和噪音，提高电子设备的可靠性和抗干扰性。

然而，准谐振反激拓扑的设计和控制相对较复杂，需要考虑开关管的驱动和保护电路、电感和电容的选择、谐振频率的控制等方面的问题。

此外，准谐振操作对于电路参数的匹配和稳定性要求较高。

准谐振反激拓扑在各种电源和电力应用中得到广泛应用，例如电动车充电器、电力逆变器、太阳能逆变器等。

它在提高能量转换效率和功率密度方面具有显著优势，并对能源的有效利用和环境保护具有
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积极的影响。

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llc谐振逆变技术LLC谐振逆变技术（LLC Resonant Inverter Technology）是一种用于电力转换的高效能技术。

它采用了LLC谐振拓扑结构，结合了电感、电容和开关元件，能够实现高效能的电能转换。

本文将介绍LLC谐振逆变技术的原理、优势和应用领域。

LLC谐振逆变技术的原理主要基于LLC谐振拓扑结构。

LLC谐振拓扑是一种三阶谐振拓扑，由谐振电容、谐振电感和变压器构成。

通过控制开关管的开关时间和频率，使得LLC谐振电路在谐振频率上工作，从而实现高效的电能转换。

LLC谐振逆变器通过控制开关管的开关时间和频率，使得电能能够以最佳的方式从输入端转换到输出端，最大限度地减少功率损耗。

LLC谐振逆变技术相比传统的逆变技术具有多个优势。

首先，LLC 谐振逆变技术能够实现高效能的电能转换。

由于谐振电路的存在，LLC谐振逆变器能够实现零电压开关（ZVS）和零电流开关（ZCS）操作，从而降低开关管的开关损耗。

其次，LLC谐振逆变技术具有较高的电能转换效率。

通过合理设计谐振电路的参数，可以使得转换效率接近理论极限。

此外，LLC谐振逆变技术还具有较低的电磁干扰和噪音，能够满足电力转换的高要求。

LLC谐振逆变技术在多个领域有着广泛的应用。

首先，它被广泛应用于太阳能和风能等可再生能源的电力转换系统中。

LLC谐振逆变器能够实现高效能的电能转换，使得可再生能源的利用率更高。

其次，LLC谐振逆变技术在电动车充电桩和电动汽车电力系统中也有着重要的应用。

由于LLC谐振逆变器具有高效能和高转换效率的特点，能够满足电动车快速充电和高功率输出的需求。

此外，LLC谐振逆变技术还广泛应用于工业控制系统、电力传输和配电系统等领域。

总结一下，LLC谐振逆变技术是一种高效能的电力转换技术，通过LLC谐振拓扑结构实现高效能的电能转换。

它具有高效能、高转换效率和低电磁干扰等优势，并在可再生能源、电动车充电桩和工业控制系统等多个领域有着广泛的应用。

高效率LLC谐振变换器研究共3篇高效率LLC谐振变换器研究1LLC 谐振变换器是现代开关电源领域中使用最广泛的拓扑结构之一。

具有输出电流大，输出稳定性好，转换效率高等优点。

因此，在许多电源电路中得到了广泛应用。

下面将从多方面介绍LLC 谐振变换器的研究进展。

一、LLC谐振变换器的拓扑结构LLC 谐振变换器的基本结构分为三个部分：LLC 谐振网络、中间转换电路和输出电路。

其中 LLC 谐振网络用于限制输出电压与输入电压之间的电压波动，中间转换电路将输入电压转换为谐振电流，输出电路的主要作用是过滤高频噪声，并将谐振电流转化为输出电压。

二、LLC谐振变换器的运行原理LLC 谐振变换器的原理是利用谐振网络与变压器的耦合实现输入电压的变换。

当跨越一个半周期的时间后，变压器的端子电压反向，LLC 谐振网络中原本储存的自由振荡能量会被耗散掉，把谐振电容释放成电压。

输出电压也随之产生。

三、LLC谐振变换器的优点1.高效率:相比其他开关电源拓扑结构，LLC 谐振变换器的转换效率更高。

2.输出稳定性好:由于LLC谐振变换器的输出电压是由谐振电容的能量释放而来的，因此其输出的稳定性和纹波较小。

3.小型化:LLC谐振变换器的整体尺寸较小，能够满足在狭小空间内集成高功率器件。

四、LLC谐振变换器研究的难点LLC谐振变换器的实现复杂，需要同时考虑谐振网络和变压器的设计、控制策略的选择以及严格的保护功能，这都是研究LLC谐振变换器的难点。

其中，谐振网络的设计需要选择合适的电感、电容和阻尼电阻，使得LLC谐振变换器在工作时达到电磁兼容性和稳定性。

此外，控制策略的选择也有待进一步研究，目前常用的有固定频率控制和变频控制。

再者，由于LLC谐振变换器在进行转换时容易出现一些非理想的情况，如过载、过流等，因此加强保护功能也是LLC谐振变换器研究的难点。

五、LLC谐振变换器未来的发展趋势LLC谐振变换器在实际应用中已经取得了很大的成功，但在某些方面还存在诸多问题。