llc諧振轉(zhuǎn)換器是led tv的主功率級拓?fù)渲唬啾绕渌D(zhuǎn)換器具有更多優(yōu)勢，但因為其設(shè)計復(fù)雜困難，所以在過去很少受到關(guān)注。不過，這幾年間，ic制造商已開發(fā)出用于 llc 諧振轉(zhuǎn)換器的控制器，而且發(fā)表了許多相關(guān)技術(shù)說明和設(shè)計工具，讓其設(shè)計變得更容易，并使得這種技術(shù)獲得更多的關(guān)注。llc諧振轉(zhuǎn)換器已經(jīng)成為 led tv最流行的主功率級拓?fù)?。llc諧振轉(zhuǎn)換器的出色優(yōu)點有： 　a) 在整個負(fù)載范圍(包括輕載)下都是以zvs (zero voltage switching, 零電壓開關(guān))條件工作，從而實現(xiàn)高效率; 　b) 工作頻率變化范圍比較窄，便于高頻變壓器和輸入濾波器的設(shè)計; 　c)初級端所用開關(guān)的電壓應(yīng)力被鉗位在輸入電壓上，而次級端兩個二極管上的電壓始終等于中心抽頭變壓器輸出電壓的兩倍。

llc諧振轉(zhuǎn)換器一般包含一個帶mosfet的控制器、一個諧振網(wǎng)絡(luò)和一個整流器網(wǎng)絡(luò)?？刂破饕?0%的占空比交替為兩個mosfet提供門信號，隨負(fù)載變化而改變工作頻率，調(diào)節(jié)輸出電壓vout，這稱為脈沖頻率調(diào)制(pfm)。諧振網(wǎng)絡(luò)包括兩個諧振電感和一個諧振電容(l-l-c)。諧振電感 lr、lm 與諧振電容cr 主要作為一個分壓器，其阻抗隨工作頻率而變化(如式1所示)，以獲得所需的輸出電壓。在實際設(shè)計中，諧振網(wǎng)絡(luò)可由一個采用分段骨架(sectional bobbin)的集成式變壓器的磁化電感l(wèi)m 與漏感l(wèi)lk 構(gòu)成。而整流器網(wǎng)絡(luò)對諧振網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的正弦波形進(jìn)行整流，然后傳輸?shù)捷敵黾墶?　式2給出了采用實際變壓器時，llc諧振轉(zhuǎn)換器的電壓轉(zhuǎn)換比。在式2中可觀察到兩個諧振頻率。一個由lp 和 cr 決定，記為ωp，另一個由lr 和 cr決定，記為ωr。利用這個公式，可獲得llc諧振轉(zhuǎn)換器隨頻率和負(fù)載變化的增益特性曲線，每條曲線上以符號‘+’標(biāo)注的最高值被稱為‘峰值增益’，位于兩個諧振頻率ωp 和 ωr 之間。當(dāng)輸出負(fù)載越來越大時，峰值增益值逐漸減小，其位置向更高頻率移動。同時，以符號‘×’標(biāo)注的ωr時的諧振增益卻是固定的，不隨輸出負(fù)載的變化而變化。增益曲線說明在 zvs狀態(tài)下，隨著諧振網(wǎng)絡(luò)的工作頻率增加，增益減小，輸出電壓降低。

CLLC諧振變換器作為一種高效的電力轉(zhuǎn)換裝置，在車載OBC系統(tǒng)、光電、通信以及新能源發(fā)電等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。其獨(dú)特的雙向?qū)ΨQ結(jié)構(gòu)和靈活的控制策略，使得它能夠?qū)崿F(xiàn)電能的雙向流動(即充電和放電)，并具備高效率、寬負(fù)載變化范圍內(nèi)工作特性優(yōu)良等特點。

一、CLLC諧振變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

CLLC諧振變換器主要由開關(guān)電路、諧振電路以及整流電路三部分組成。其結(jié)構(gòu)完全對稱，能量通過原邊開關(guān)進(jìn)行逆變，然后通過變壓器傳遞到副邊，實現(xiàn)電氣隔離，并在副邊進(jìn)行整流，產(chǎn)生輸出電壓。由于變壓器的匝比設(shè)計為1:1，因此反向的運(yùn)行和正向運(yùn)行完全一致。

1.1 開關(guān)電路

開關(guān)電路通常由多個開關(guān)器件構(gòu)成，例如全橋或半橋逆變電路。在全橋結(jié)構(gòu)中，開關(guān)器件S1~S4構(gòu)成全橋逆變電路，負(fù)責(zé)將直流電轉(zhuǎn)換為交流電。這些開關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷由控制算法決定，以實現(xiàn)特定的電壓和電流波形。

1.2 諧振電路

諧振電路包含諧振電感Lr、諧振電容Cr以及勵磁電感Lm，并與變壓器原邊連接。諧振電路的設(shè)計決定了變換器的諧振頻率和工作特性。在CLLC諧振變換器中，諧振電感和諧振電容的選取尤為重要，它們共同決定了變換器的諧振特性，如諧振頻率、電壓增益等。

1.3 整流電路

整流電路位于變壓器副邊，通常由二極管或其他整流元件構(gòu)成。在CLLC諧振變換器中，整流電路通常采用全波不控整流方式，將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，供負(fù)載使用。

二、控制原理

CLLC諧振變換器的控制原理主要基于諧振特性和開關(guān)頻率的調(diào)節(jié)。通過控制開關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷，實現(xiàn)對輸出電壓和電流的控制。由于CLLC諧振變換器的結(jié)構(gòu)完全對稱，因此只需要控制輸入側(cè)V1的大小就可以控制V2輸出側(cè)的大小，進(jìn)而控制輸出電壓。

2.1 諧振特性

CLLC諧振變換器具有兩個諧振頻率：一個是由諧振電感Lr、諧振電容Cr與勵磁電感Lm諧振產(chǎn)生的第一諧振頻率fm，另一個是由諧振電感Lr與諧振電容Cr產(chǎn)生的第二諧振頻率fr。這兩個諧振頻率將變換器的工作區(qū)間分為三段：fsfr。在不同的工作區(qū)間內(nèi)，變換器的工作特性和電壓增益會有所不同。

2.2 開關(guān)頻率調(diào)節(jié)

通過調(diào)節(jié)開關(guān)頻率fs，可以改變變換器的工作模態(tài)和電壓增益。在欠諧振模式(fmfr)下，變換器的工作特性和電壓增益會有所不同，需要根據(jù)具體的應(yīng)用場景選擇合適的工作模式。

三、調(diào)制方式

CLLC諧振變換器常用的調(diào)制方式包括脈沖頻率調(diào)制(PFM)、移相調(diào)制(PSM)以及脈沖寬度調(diào)制(PWM)。由于LLC變換器的諧振特性，脈沖頻率調(diào)制(PFM)方式最為常用。

3.1 脈沖頻率調(diào)制(PFM)

PFM調(diào)制方式通過改變開關(guān)頻率fs來調(diào)節(jié)輸出電壓。當(dāng)輸出電壓升高時，減小開關(guān)頻率fs以降低電壓增益;當(dāng)輸出電壓降低時，增大開關(guān)頻率fs以提高電壓增益。PFM調(diào)制方式具有控制簡單、效率高的優(yōu)點，但環(huán)路響應(yīng)速度較慢，且存在雙極點問題，不容易穩(wěn)定。

3.2 移相調(diào)制(PSM)

PSM調(diào)制方式通過改變原邊和副邊開關(guān)器件之間的相位差來調(diào)節(jié)輸出電壓。在PSM調(diào)制方式下，原邊和副邊開關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷時間存在相位差，通過調(diào)整這個相位差可以改變輸出電壓。PSM調(diào)制方式具有動態(tài)響應(yīng)速度快、控制精度高的優(yōu)點，但實現(xiàn)起來較為復(fù)雜。

3.3 脈沖寬度調(diào)制(PWM)

PWM調(diào)制方式通過改變開關(guān)器件的占空比來調(diào)節(jié)輸出電壓。在PWM調(diào)制方式下，開關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷時間由PWM信號控制，通過調(diào)整PWM信號的占空比可以改變輸出電壓。PWM調(diào)制方式具有控制靈活、易于實現(xiàn)的優(yōu)點，但在高負(fù)載和高壓情況下可能會產(chǎn)生較大的開關(guān)損耗。

CLLC諧振雙向DC變換器由兩個橋臂組成，每個橋臂上分別有一個磁性元件和一個電容。通過控制開關(guān)管的開關(guān)狀態(tài)，變換器可以實現(xiàn)能量在兩側(cè)的雙向傳輸。當(dāng)開關(guān)狀態(tài)改變時，交流電源會將能量傳輸?shù)诫娙萜骱痛判栽?。?dāng)能量需要從輸出端傳輸?shù)捷斎攵藭r，電容和磁性元件從能量儲能狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰酷尫艩顟B(tài)。CLLC諧振雙向DC變換器具有低開關(guān)損耗、高效率、小體積等優(yōu)點。此外，它還具有流通電流小、電壓應(yīng)力低等特點。合適的諧振頻率可以有效降低開關(guān)損耗和電磁干擾。根據(jù)具體應(yīng)用場景，選擇合適的控制策略可以提高系統(tǒng)的性能。例如，PWM調(diào)制技術(shù)在實現(xiàn)高效率的同時可以有效降低電磁干擾和噪音，而電流控制技術(shù)則可以實現(xiàn)對電路的精確控制。

CLLC諧振雙向DC變換器適用于多種應(yīng)用場景，如電力系統(tǒng)、工業(yè)自動化、交通運(yùn)輸、通信和醫(yī)療設(shè)備等。在電力系統(tǒng)中，它可以用于電力傳輸和分配，實現(xiàn)電能的高效轉(zhuǎn)換和控制。在工業(yè)自動化中，它可以用于驅(qū)動電機(jī)和控制電器，提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量。在交通運(yùn)輸中，它可以用于電動汽車和軌道交通系統(tǒng)，實現(xiàn)能量的高效傳輸和控制。在通信和醫(yī)療設(shè)備中，它可以用于電源和電路控制，提高設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性。

總之，CLLC諧振雙向DC變換器是一種高效、可靠、先進(jìn)的電力轉(zhuǎn)換裝置，具有廣泛的應(yīng)用前景。在未來的發(fā)展中，它將繼續(xù)發(fā)揮重要作用，推動電力電子技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展。