另类LLC软开关

实现上述功能的最简电路如图3

                                              图3 最简Boost+LLC电路

如图3在一个LLC电路后级加入一个二极管和一个MOS开关就构成了这种Boost+LLC电路，如果把PWM开关放在前级这个电路的效率会更高。

图3电路的仿真结果如下

                                              图4 Boost+LLC开关电流电压波形

电路的前级按照谐振状态的LLC电路来控制后级的PWM信号在零电压或者零电流时刻切换，图4的仿真结果可以看出前后级的开关都工作于软开关状态。

对单个电感加恒定电压电感中的电流会线性增加遵循公式I=U/L*t，对电感、电容串联电路加一恒定电压并保持电路工作与谐振状态这两种情况的波形对比如下

                                        图5 单电感同LC串联在恒压驱动下的电流对比

图5中对于单电感其结果同理论是一样的，对于LC串联电路其电流包络线达到某一最大值后不再增加，在理论上LC串联如果达到谐振状态其等效阻抗为零最终电流也可以达到无穷大。试过修改LC参数、调节谐振状态（欠谐振过谐振）都没能解决这个问题，不知那位大侠能帮忙解惑一下。

在图5中的前一段LC串联电流包络线变化接近于线性，调节电路的参数使电路电流在不超过100A时单电感电流同LC串联电流的包络线近似相等如下图6

                                        图6 100A电流以下单L同LC电路电流近似相同

图5图6中对LC串联电流做了变化，去掉负半周电流并将正半周电流乘2这样就得到了等效的转换后的LC串联电流，目的是让单电感同LC串联电路电流变化斜率相同从而对比在此参数下的两种不同电路。

这里把LC串联当成一个“电感L”来看待搭建一个boost电路对比一下这两种电路，boost电路在临界和连续模式下会自动稳压不需调节占空比，下面仿真的是负载线性变化电路从临界到连续模式的波形。

                                                 图7 临界到连续模式两电路对比

从图7的结果看两电路电流电压波形非常的相似，节后准备再仿一下输入带纹波的情况，对比这两电路看看特性是否依然相似。

我这个网名估计是最会谈LLC谐振技术的 了，到处都可以看到我的影子的，发表了大量大量的技术文章了，我是如何看待这个所谓的另类的这个LLC软开关的话题的呢，看出来了，这个就是功率小了的正弦波的电流小了，但干嘛不嚧波再升压的呢，如果采用这个电路结构的话，不要什么LLC，因为，其中这个电感是并联的，存在环流叠加电流和大电流关断了，还是负电流导通了，损耗比较大效率不可能非常高，我的建议是，搞LC单谐振0流开通和关断，0电压导通，如然后还进行升压电路，这样的效果好，效率高，如果没有LLC输出的嚧波，这个模式有一些匪夷所思了，

    不知道笔者的原理和思路是什么，因为，LLC的开关波形就是方波的呀，与输出电压确实是一样的，如果低电压确实可以减小损耗，但这里始终是高电压的呀，不知道作用在那里了，是不是走了弯路了，仿真的结果与实际还是有相当大的的差距的，当然，对技术的认识还是有差距的，理论与实际往往是两回事。问题是你能不能把这个做成实验的依据，这个才非常重要的，实验结果如何才是至关重要的。我不是那么看好这个另一类的LLC的谐振技术的，我看存在一些技术矛盾，也不会这么理想的，认识还没有深入的，估计不是那么理想的。其实，是在走弯路了。

这个电路的前级确切的说并不是LLC而是全谐振软开关电路也就是大师所说的五代技术。搞成单LC串联谐振（输出通过整流桥串入LC中）会使应用受到限制，输出电压只能比输入电压高，加入变压器后输出电压可高可低由匝比控制而且相对于整流桥可以省掉两个二极管并有隔离的效果。至于环流和大电流关断的问题在LLC电路中是存在的，当用于全谐振软开关时是不需要调压的那么漏感和励磁电感的比值就不那么重要了，这里的变压器励磁电感可以设计的比较大完全当成正激变压器来设计，所以在全谐振软开关中是可以忽略环流及大电流关断的。 

 前级的LLC输出是没有滤波的也没什么匪夷所思，相当于在后级Boost电路的Ton时间里LLC输出短路，L、C储能，在Toff时间里L、C向负载释放能量。这里就是用L、C替代了单电感L，L、C谐振必然有电流电压为零的时刻可以选择在这零时刻开关PWM信号而单电感只能大电流关断，而且在连续模式下还得大电流开启。LLC+Boost也相当于一种调制模式结合了软开关和硬开关的特点，可以满足全电压全负载范围内的软开关。

对于这个电路的拓扑结构，我一知半解的发表一点看法，如果花一些功夫做一下实验就一目了然了，只是非常麻烦，还是理论思路的理解吧了，但理解局限性，所以，搞计算机仿真实验了吗，仅仅作参考了，估计相当多人不那么容易理解的，不过，一些思路也不可以漠视的，我想，这里应当非常专业的人去推敲推敲了，一般人高不懂了，如果我做的话，就是LLC嚧波再一个电感升压了，前面完全谐振正弦波电流了，这个效率 是非常高的，如果本图的没有电感也不允许电感，升压的电路与主谐振变压器同步，那么，这个升压的频率正好的两倍的主开关频率了，这个的0电流开始导通的，导通角越大，自然储存的电感【来自谐振电感】的能量也越大了，这个确实可以升压的功能了，但主开关的回路就不可能完全正弦波电流了，不过，关断还是0电流的，那么，这个Q值就必须先打一些了，即电容大电感小了，叠加电流的能量反馈输出，即形成输出电压提高了，但是，输出电压受变压器匝比关系的限制，范围比较小了。

    我的技术观点是，两级，先不要稳压，就是电子变压器结构，输入与输出是一个比例的关系了，嚧波电容之后再一个电感器一个开关管升压电路了，我看这个比较实际的多，好操作，那么，前面确实可以完全正弦波谐振，也就是全谐振电路了，然后再升压电路，效果还是不错的。

    再提提全谐振电路，这个不存在环流，0电流开通和关断，0电压导通了，只要一点励磁小电流能量可以置换，即克服开关管结电容所需要的能量就可以了，接近了直流通过的内阻损耗，如果越接近，效率越高越好了，升压电路如果幅度不大，损耗小，如果幅度大的损耗也大了一些了。

    我看不要什么LLC即两个电感，单LC，其实，还需要变压器一定电感形成一点的能量达到开关管的0电压导通就可以了，这个效率还是相当不错的。不知道楼主的思路，其实，我的也仅仅供参考了，仁者见仁智者见智吗，有一些创新的思路还是点赞的，当然，必须符合科学与逻辑的，不是想当然的，最好是实验的结果才是真正的说服力了，光光理论理解模棱两可了，不是容易说的清楚的。

我把这个电路的思路分成两步来分析，一是Ton导通、二是Toff截止，这样可能会清晰些。

两个做对比的电路如下

                                                 图8 Boost电路与LLC+Boost电路

图8中的（1）就是最普通的Boost电路，（2）是将图（1）中的电源Vcc1和电感L用一个全谐振LLC电路替代（虚框部分）

PWM信号Ton时间段的波形如下

                                                      图9 Ton时刻波形

图9中的电路电流是开关电流，对于Boost电路是线性增加的对于LLC+Boost电路其谐振电流也是线性增加。

pwm信号Toff时间段的波形如下

                                                         图10 Toff时刻波形

前面的仿真输入的都是恒压源，现在把输入源换成交流电经整流桥后再大电容滤波的带纹波的输入源。输出负载仍然是线性变化的（7欧姆-1欧姆）仿真结果如下

                                    图11  输入、输出都动态变化的对比波形

动态的输入输出条件下这两个电路的特性依然相似，下一步准备让输入纹波继续增大直接去掉输入大滤波电容，让这两个电路实现PFC功能再对比这两个电路的特性。

                                                 图12  工作于PFC模式的单电感Boost和LC串联Boost

如图所示单电感Boost电流和LC串联的Boost电流波形比较接近，换言之用LLC实现的LC串联谐振电路替换单电感可以实现与原电路相近的特性，如上面仿真所采用的硬开关Boost电路，同时还能保持全谐振电路软开关的特性。

用LLC+Boost这种模式可以实现升压型全谐振软开关，那么是否可以采用LLC+Buck模式实现降压型全谐振软开关？

当然是可以降压了，原理是完全一样的，方式不同罢了，想当然自然是可以的。就是这样的，当然，这种方式的效果还是相当不错的，无论升压还是降压，结果都是一样的，如果范围小了一些，适合升压，如果范围大了一些的适合降压，因为，升压的输出不可以低于变压器的输出电压了，如果降压，自然，范围宽了，甚至几乎可以从0伏开始了，这个范围可谓是非常宽的，这个就是区别所在了，对不对，区别就是在这里了，升压的效率还是非常高的，如果幅度太大了，电流损耗大效率自然低了一些了，所以，升压的幅度不可以过高，同样，如果降压的幅度也不可以过低，两者都是不可以的，只是降压所以从0伏开始了，升压的不可以低于全谐振输出的电压的，全谐振的效率是最高了，但不稳压，实现的自然就是需要增加升降压电路了，从而实现稳压稳流功能了。

    全谐振技术就是没有环流叠加，0电流导通与关断，0电压导通了，完全正弦波，所以效率也最高了，就是这样的。

下面是普通的Buck电路同Buck模式的LLC电路的对比

                                          图13  硬开关Buck同软开关Buck的电路对比

图13中的（1）是常见的Buck电路，图（2）功率电路部分是一个普通的LLC电路，控制上略有不同将上管驱动信号通过与的方式同PWM信号调制，同时让LLC始终工作与谐振状态，这样就可以实现Buck模式的全谐振软开关。

仿真结果如下

                                         图14 Buck硬开关同全谐振Buck软开关的波形对比

如图14所示Buck模式下的LLC软开关同硬开关Buck特性也非常的相似，另外Buck模式可能会优于Boost模式因为负载是始终串联在LC谐振回路的，电路中的Q值比较低有利于限制谐振环路的峰值电流、电压。

把图14局部放大观察Buck模式下LLC的上管下管电流电压波形

                                                 图15 Buck模式下的LLC软开关波形

调制模式的LLC（Buck或Boost）其调节范围及软开关效率均优于普通的调频LLC，不过调频模式的LLC具有升、降压的功能这在降低储能元件成本及效率上有优势，其实图3的Boost+LLC电路也具备升、降压的功能，这个电路可以看成是Buck+Boost的组合电路见下面对比图

                                           图16  软硬开关Buck+Boost电路对比

对于宽范围输入，这种具有升降压功能电路的优势个人理解如下，先假设输入电压100-300V，输出电压200V，额定负载，磁芯处理的功率为P∝B^2*AC*Lg，对于单Boost或单Buck及Buck-Boost组合电路对磁芯的需求如下图

                                     图17  单模式与升降压型电路对磁芯的需求

例子中的额定功率为3，按单Boost或单Buck来设计需要功率容量9的电感，按Buck-Boost组合设计只需要功率容量6的电感就够了。在最坏的情况下单Boost或者单Buck电路要处理2倍额定功率也就是6，Buck-Boost组合式只处理1倍额定功率也就是3，那么在磁芯效率上Buck-Boost电路也就高于单模式电路。最理想情况下Buck-boost电路可以达到理论100%的效率（直通）。

开环情况下这种Buck-Boost升降压软硬开关电路波形如下：

                                  图18 升降压型Buck-Boost软硬开关电路波形对比

仿真中输入电压为25-75V连续变化输出电压为50V，当输入电压高于50V时Buck电路工作Boost开关保持关闭，当输入电压低于50V时Boost电路工作Buck开关保持常开，Buck模式和Boost模式之间可以无缝切换。图中的软开关Buck-Boost电路可以达到硬开关同样的输入输出效果，在效率上由于全程都是软开关效率会较高有利于高频化小型化，预计这种模式的电路可以将性能和成本做到极致。

这种电路的难点在全谐振LLC的实现上，理论上只要让驱动信号工作于谐振频率就可以，而实际上批量生产时电容电感的一致性、工作温度环境变化后的参数漂移等等都会使谐振频率发生改变，要实现全谐振LLC采用电流控制模式应当是最理想的，Vicor的正弦振幅变换器（SAC）估计就是采用的电流模式。

电流模式的LLC控制芯片现在还很少，是否可以采用现有的压控振荡（VCO）模式的控制芯片来实现全谐振软开关？

电流模式的芯片我知道有安森美的NCP1799和好孩子的FAN7688，楼主可以一试。

电路的确有独到之处，解决了LLC范围的问题，但同时带来了几个问题，如果有后续进展，可以发出来相互学习下