半桥谐振DC-DC变换器谐振频率运行模式简析

半桥LLC谐振型的DC-DC变换器作为一种比较常见的电子器件，在平时的工作运行中主要采用的是变频控制的方式进行转换，因此其能量传输是通过改变开关频率fs来调节的。在通常情况下，据开关管的工作频率fs和谐振频率fr、fm的关系，半桥LLC谐振变换器具有fs>fr、fm<fs<fr和fs=fr三个运行模式。本文将会重点针对fs=fr的运行模式进行简要分析，帮助工程师了解其工作过程和不同的工作阶段。

fs=fr工作过程简要分析

当半桥LLC谐振型的变换器处于fs=fr运行模式中时，此时若不考虑死区时间，则当开关频率石等于石的时候谐振电流波形近似为完整的正弦波，其工作主要波形图如图1所示。从图1中可以看到，此时的工作状态被为完全谐振，此时的电路具有最佳的工作状态，效率也是最高的，一般在典型的额定输入电压下把电路设计成这个状态。如图2所示fs=fr的开关控制时序表，以及图3显示各个阶段的主要工作波形和等效电路图。

图1 fs=fr时工作的主要波形图

图2 fs=fr时开关控制图

工作阶段1：t0-t1

在这一工作阶段中，半桥LLC谐振转换器处于t0-t1时间内，从上图中我们可以看到此时Q1导通而Q2关断，因此在这个阶段内谐振电流ir大于激磁电流im。根据变压器的极性判断，副边整流二极管Dl导通，D2关断。此时变压器的激磁电感Lm两端电压被副边箝位在nVo，所以此时的Lm不参与谐振，激磁电感im电流呈线形增加，谐振电流ir则按正弦形式增加，在这个阶段内谐振电流ir大于激磁电流im，它们两者之差产生的剩余能量将由副边整流后传输至负载端。

工作阶段2：t1-t2

在这一工作阶段中，半桥LLC谐振转换器处于t1-t2时刻，此时激磁电流增加到与谐振电流相等，Ql关断。因为谐振电流与激磁电流相等，所以没有能量传输的负载端。由于Q1、Q2的结电容，激磁电流给电容充放电以实现Q2的零电压导通（ZVS）。在t1-t2内，Q1、Q2都关断，即是所谓的死区时间，它通常是允许有充足的时间来实现ZVS，同样也防止上下管Q1、Q2的直通。

图3 fs=fr时各阶段的等效电路图

工作阶段3：t2-t3

这这一工作阶段中，半桥LLC谐振转换器处于t2-t3阶段内。在f2时刻，Q2实现了零电压开通，这一阶段与阶段1不同的是副边整流二极管D2导通D1关断，谐振电流小于激磁电流，它们两者之差产生的剩余能量将由副边整流后传输至负载端。t3时刻以后，Q2关断，电路进入下半个周期，其工作状态与以上三个阶段完全对称，其工作状态在这里不再重述。

以上就是本文针对半桥LLC谐振DC-DC变换器处于fs=fr运行模式下的工作状态所进行的简要分析，希望能够帮助工程师更全面的了解其工作状态和运行特性。