解惑答疑：半桥LLC电路中的波形从何而来？

品慧电子讯：在半桥LLC当中，存在着各种各样的波形，那么这些波形是如何产生的呢?这些波形又为何存在?本篇文章对半桥LLC电路中的波形产生过程进行了较为详细的讲解，属于一篇有针对性并且较为基础的文章，希望本篇文章能对各位新手有所帮助。

半桥由两个功率开关器件组成，以中间点为输出，向外提供方波信号。LLC电路是一种包含了电容、电阻、电感等元件的电路网络。在半桥LLC当中，存在着各种各样的波形，那么这些波形是如何产生的呢?这些波形又为何存在?

如果想要对半桥LLC所产生波形进行分析，首先就需要从基本的谐振电路开始入手。图1是半桥LLC电路中经常被来用作参考的波形图，虽然给出了波形，但是却没有给出产生的原因。LLC的之所以可以做到软开关，特别是FSW>FR1、FR1=FSW、FR1>FSW>FR2这三个区，是针对MOS管来说的，不是ZCS，而是ZVS，因为MOS在开关过程中，开通损耗占很大比例，相反IGBT关断时由于尾拖电流造成的损耗就要比开通过程的损耗大，所以IGBT如果满足ZCS损耗就要小得多。

之所以LLC谐振腔要呈感性，是因为需要电压超前电流（可以将上管开通时，想象成正弦电压刚好从0°开始加在谐振腔里），一旦呈感性，则谐振腔的电流在上管开通前的流通方向是负的，正是因为这个负电流，才能给上管放电、下管充电，使得上管MOS两端的电压为0，开通前为0了，那么开通时便实现了ZVS。如果呈容性，同理可知上管开通前，谐振腔电流方向为正，下管靠体二极管来续流，上管截止，当开通的时候，下管体二极管由于反向恢复时间的存在，有可能会使母线电压短路，从而炸管。但是可以利用此特性，在上管关断前，谐振腔电流为负，实现ZCS，使得IGBT也可以适用LLC此类拓扑。当谐振腔电流与励磁电流相等后，没有电流流入“理想”变压器初级绕组内，所以初级绕组并未被钳位到NVO，此时励磁电感就呈现出电感的性质，所以此时谐振频率将改变成“L+L+C”，所以电流波形是一个斜坡（其实是一段曲线，因为是正弦波的一小段，所以次边电压为一条斜线，二阶的导数是一阶，就是一条线性的斜线）。当fsw>fr1时，此时励磁电感并不参与谐振，图1中电流波形之所以会突然被拉下来，是因为上管关断后，励磁电流与谐振电流仍不相等，所以励磁电感两端电压会被钳位在nVo，而此时谐振电容上有电压，所以电流会呈现(Vc-nVo)/Lr的斜率下降，谐振电流被“拉”到与励磁电流相等。

LLC的核心思想是通过f（频率）实现稳压原理。详细原理如图2所示。

那么LLC是如何实现软开关的呢?

这里提到一点，即开关频率一定要大于最小谐振频率（即由Cr和Ls、Lp的谐振频率）; 为什么呢?因为，这里必须保证这个谐振网络为感性负载（电感的阻抗大于电容的阻抗）。为什么要这样呢? 看下面的图：

接下来解析一下图3，设左边最端点处的为零点（图中为标出），则由FHA可知，在半桥中点的电压可以等效为 Vs=(2Vin/pi*sinw1t) ; 由于负载成感性，那么电流必将滞后电压，，即Ip=A*sin(w1t-a), A表示一个常数，a为滞后的相位。 这样，在零电压即VS=0的时候，流过MOS管的电流为负值即通过体二极管。这个时候，驱动MOS管，则能实现开关零损耗;至于关断呢?从图3中可知，上管关断时，MOS管有正向电流通过，然后由于MOS管两端并接了缓冲电容，故使得电压缓慢降低，从而实现了软开关的作用。电容存储的能量，在下一周期会返回到DC电源中去。