LLC电路是如何实现软开关？

　　与传统 PWM（脉宽调节）变换器不同，LLC 是一种通过控制开关频率（频率调节）来实现输出电压恒定的谐振电路。它的优点是：实现原边两个主 MOS 开关的零电压开通（ZVS）和副边整流二极管的零电流关断（ZCS），通过软开关技术，可以降低电源的开关损耗，提高功率变换器的效率和功率密度。
　　
　　学习并理解 LLC，我们必须首先弄清楚以下两个基本问题：
　　1. 什么是软开关；
　　2.LLC 电路是如何实现软开关的。
　　由于普通的拓扑电路的开关管是硬开关的，在导通和关断时 MOS 管的 Vds 电压和电流会产生交叠，电压与电流交叠的区域即 MOS 管的导通损耗和关断损耗。如图所示：
　　
　　为了降低开关管的开关损耗，提高电源的效率，有零电压开关（ZVS） 和零电流开关（ZCS）两种软开关办法。
　　1、零电压开关 （ZVS）
　　开关管的电压在导通前降到零，在关断时保持为零。
　　2、零电流开关（ZCS）
　　使开关管的电流在导通时保持在零，在关断前使电流降到零。
　　
　　由于开关损耗与流过开关管的电流和开关管上的电压的成绩（V*I）有关，当采用零电压 ZVS 导通时，开关管上的电压几乎为零，所以导通损耗非常低。
　　
　　►Vin 为直流母线电压，S1，S2 为主开关 MOS 管（其中 Sc1 和 Sc2 分别为 MOS 管 S1 和 S2 的结电容，并联在 Vds 上的二极管分别为 MOS 管 S1 和 S2 的体二极管），一起受控产生方波电压；
　　►谐振电容 Cr 、谐振电杆 Lr 、 励磁电杆 Lm 一起构成谐振网络；
　　►np，ns 为理想变压器原副边线圈；
　　►二极管 D1， 二极管 D2，输出电容 Co 一起构成输出整流滤波网络。

　　LLC 电路是怎么实现软开关的呢？
　　要实现零电压开关，开关管的电流必须滞后于电压，使谐振槽路工作在感性状态。
　　LLC 开关管在导通前，电流先从开关 MOS 管的体二极管（S 到 D）内流过，开关 MOS 管 D-S 之间电压被箝位在接近 0V（二极管压降），此时让开关 MOS 管导通，可以实现零电压导通；在关断前，由于 D-S 间的电容电压为 0V 而且不能突变，因此也近似于零电压关断（实际也为硬关断）。
　　
　　那什么是谐振呢？
　　我们不妨先看看电感和电容的基本特性：
　　与电阻不同，电感和电容都不是纯阻性线性器件，电感的感抗 XL 和电容的容抗 Xc 都与频率有关，当加在电感和电容上的频率发生变化时，它们的感抗 XL 和容抗 Xc 会发生变化。
　　1、如下图 RL 电路，当输入源 Vin 的频率增加时，电感的感抗增大，输出电压减小，增益 Gain=Vo/Vin 随频率增加而减小。
　　
　　2、如下图 RC 电路，相反，当输入源 Vin 的频率增加时，电容的容抗减小，输出电压增大，增益 Gain=Vo/Vin 随频率增加而增加。
　　
　　下面我们分析一下 LC 谐振电路的特性：
　　如图，当我们将 L 和 C 都引入电路中发现，当输入电压源的频率从 0 开始向某一频率增加时，LC 电路呈容性（容抗＞感抗），增益 Gain=Vo/Vin 随频率增加而增加，当从这一频率再向右边增加时，LC 电路呈感性（感抗＞容抗），增益 Gain=Vo/Vin 随频率增加而降低。这一频率即为谐振频率（此时感抗=容抗，XL=Xc=ωL=1/ωC），谐振时电路呈纯电阻性，增益最大。
　　谐振条件：感抗=容抗，XL=Xc=ωL=1/ωC
　　谐振频率：fo
　　
　　那么谐振有什么作用呢？
　　控制让谐振电路发生谐振，有三个参数可以调节。由于 L 和 C 的大小不方便调节，通过调节输入电压源的频率，可以使 L、C 的相位相同，整个电路呈现为纯电阻性，谐振时，电路的总阻抗达到或近似达到极值。利用谐振的特征控制电路工作在合适的工作点上，同时又要避免工作在不合适的点上而产生危害。
　　LLC 稳定输出电压原理：
　　将 LLC 电路等效分析，得到 i 如下简化电路。当交流等效负载 Rac 变化时，系统通过调整工作频率，改变 Zr 和 Zo 的分压比，使得输出电压稳定，LLC 就是这样稳定输出电压的。
　　对 LLC 来说，有两个谐振频率，一个谐振频率 fo 是利用谐振电感 Lr 谐振电容 Cr 组成；
　　另一个一个谐振频率 fr1 是利用谐振电感 Lr，励磁电感 Lm，谐振电容 Cr 一起组成；
　　
　　▼再来看一份更为详细的 LLC 工作模态分析：
　　
　　开关网络：S1、S2 及其内部寄生二极管 Ds1Ds2、寄生电容 Cds1Cds2;
　　谐振网络：谐振电容 Cr 、串联谐振电感 Lr 、并联谐振电感 Lm;
　　中心抽头变压器（匝比为 n:1：1），副边整流二极管 D1、D2；
　　输出滤波电容 Co （忽略电容的 ESR），负载 Ro。
　　1.1 LLC 变换器的模态分析
　　
　　对于 LLC 电路，存在两个谐振频率：
　　
　　1.1.1 工作区域 2（fr2《f《fr1） 模态 1《 span》
　　
　　
　　1.1.2 工作区域 2（fr2《f《fr1） 模态 2《 span》
　　
　　
　　1.1.3 工作区域 2（fr2《f《fr1） 模态 3《 strong》
　　
　　
　　1.1.4 工作区域 2（fr2《f《fr1） 模态 4《 strong》
　　
　　1.1.5 工作区域 2（fr2《f《fr1） 模态 5《 strong》
　　
　　1.2 f=fr1 情况下的波形图
　　
　　1.3 f》fr1 情况下的模态分析
　　1.3.1 工作区域 1（f》fr1） 模态 1
　　
　　
　　1.3.2 工作区域 1（f》fr1） 模态 2
　　
　　1.3.3 工作区域 1（f》fr1） 模态 3
　　
　　1.3.4 工作区域 1（f》fr1） 模态 4
　　
　　总结：开关频率 fr2《f《fr1 时，且谐振网络工作在感性区域时，llc 变换器原边开关管实现 zvs，且流过输出整流二极管的电流工作在断续模式，整流二极管实现 zcs，消除了因二极管反向恢复所产生的损耗；
　　开关频率 f=fr1 时， LLC 谐振变换器工作在完全谐振状态，原边开关管可以实现 ZVS，整流二极管工作在临界电流模式，此时可以实现整流二极管的 ZCS，消除了因二极管反向恢复所产生的损耗；
　　开关频率 f》fr1 时， LLC 谐振变换器原边开关管在任何负载下都可以实现 ZVS，但是变压器励磁电感由于始终被输出电压所钳位，因此，只有 Lr、Cr 发生串联谐振，而 Lm 在整个开关过程中都不参与串联谐振，且此时输出整流二极管工作在电流连续模式，整流二极管不能实现 ZCS，会产生反向恢复损耗。