LLC

面向AI数据中心高压中间母线转换器应用的横向GaN HEMT、SiC MOSFET与SiC Cascode JFET的对比

本文属于德州仪器“电源设计小贴士”系列技术文章，将主要讨论LLC-SRC设计优化面临的挑战及解决方案，探讨如何跳出LLC串联谐振转换器思维定式，提供全新的解决思路。

许多高效率电源在设计时可以使用有源钳位反激(ACF)变换器或LLC开关IC来实现其设计目标。在实际设计时，究竟应该选择哪一种呢？

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。

近来，LLC拓扑以其高效，高功率密度受到广大电源设计工程师的青睐，但是这种软开关拓扑对MOSFET的要求却超过了以往任何一种硬开关拓扑。特别是在电源启机，动态负载，过载，短路等情况下。CoolMOS 以其快恢复体二极管，低Qg 和Coss能够完全满足这些需求并大大提升电源系统的可靠性。 一、摘要 长期以来， 提升电源系统功率密度，效率以及系统的可靠性一直是研发人员面临的重大课题。 提升电源的开关频率是其中的方法之一， 但是频率的提升会影响到功率器件的开关损耗，使得提升频率对硬开关拓扑来说效果并不十分明显，硬开关拓扑已经达到了它的设计瓶颈。而此时，软开关拓扑，如LLC拓扑以其独具的特点受到广大设计工程师的追捧。但是，这种拓扑却对功率器件提出了新的要求。

LLC的优势之一就是能够在比较宽的负载范围内实现原边MOSFET的零电压开通（ZVS），MOSFET的开通损耗理论上就降为零了。要保证LLC原边MOSFET的ZVS，需要满足以下三个基本条件： 1）上下开关管50%占空比，1800对称的驱动电压波形； 2）感性谐振腔并有足够的感性电流； 3）要有足够的死区时间维持ZVS。 图a)是典型的LLC串联谐振电路。图b)是感性负载下MOSFET的工作波形。由于感性负载下，电流相位上会超前电压，因此保证了MOSFET运行的ZVS。要保证MOSFET运行在感性区，谐振电感上的谐振电流必须足够大，以确保MOSFET源漏间等效的寄生电容上存储的电荷可以在死区时间内被完全释放干净。

LLC技术已经普及了，再不会就要落后啦！ LLC半桥谐振电路中，根据这个谐振电容的不同联结方式，典型LLC谐振电路有两种连接方式，如下图1所示。不同之处在于LLC谐振腔的连接，左图采用单谐振电容（Cr），其输入电流纹波和电流有效值较高，但布线简单，成本相对较低；右图采用分体谐振电容（C1, C2），其输入电流纹波和电流有效值较低，C1和C2上分别只流过一半的有效值电流，且电容量仅为左图单谐振电容的一半。 LLC半桥谐振电路基本原理 LLC谐振变换的直流特性分为零电压工作区和零电流工作区。