LLC的欠谐振和过谐振状态分析

前述文章，LLC电路的谐振工作模态浅析 ，详细分析了LLC电路在谐振状态下的典型波形和工作过程，但是实际运行中由于输入电压或者输出电压的变化使得LLC电路不一定运行于谐振状态，本文简要分析一下其它的一些工作状态。

一.LLC的欠谐振工作状态

欠谐振，顾名思义，就是工作频率低于谐振频率，这种状态下的工作情况本质和谐振状态是一样的，但是它的一些特殊区别会影响到副边开关的行为。

在欠谐振状态下，由于工作周期会比谐振周期长，那么谐振腔电流的基波周期会比LLC的半周期短一些，在半周期结束之前就使得谐振电流达到了磁化电流，之后的一些时间（下一个半周期之前）内原边谐振腔保持为磁化电流。

图1 LLC谐振状态的波形

我们回顾一下前面讨论过的典型谐振状态，从LLC典型谐振状态的波形来看，当半周期结束时，原边谐振腔电路的电流正好等于磁化电流，如图1C的波形，这种状态下谐振周期基本等于开关周期。

图2 LLC欠谐振状态的波形

而从欠谐振状态的波形来看，由于谐振周期短于工作周期，所以在半周期结束前LLC的谐振腔电流就变为了磁化电流，如图2的C波形所示，对于副边使用二极管整流的拓扑来说，由于二极管只能单向导通电流，所以，当副边电流过零时，二极管会自动关断，如图2的D和E所示，而相应的，如果副边采用同步整流拓扑，则设计者可以通过对驱动波形的控制，在电流过零点关断同步整流mosfet开关，这其中涉及到多种电流采样技术，此处我们不做太多讨论。

二.LLC的过谐振状态

LLC的过谐振状态，顾名思义，就是说工作频率大于谐振频率，相应的工作周期小于谐振周期。过谐振的一些运行行为和欠谐振相反。由于谐振周期大于开关周期，所以，在LLC的半周期末，谐振腔电流会大于磁化电流，而在接下来的死区时间内，腔电流会快速降低为磁化电流，进而开始新的半周期。

图3 LLC过谐振状态的波形

当过谐振时，由于谐振周期大于工作周期，所以原边的主开关和副边的同步整流开关可以同步运行，控制上相对简单。

所以，总的来说，副边同步整流开关的控制方式取决于开关频率和谐振频率的关系，在软件上这是相对容易实现的。

从图3的过谐振典型波形上看，LLC谐振腔电流在半周期结束前大于磁化电流，如C波形所示。

三.副边同步整流的简单讨论

LLC的副边拓扑采用同步整流会比二极管整流得到较小的损耗，提高效率。当采用二极管整流时，二极管上的损耗如图4所示。它由二极管的正向压降损耗和正向电阻损耗两部分组成。

图4 二极管损耗的表达式

图5 同步整流mosfet损耗表达式

在副边更换为同步整流开关后，其损耗主要是导通损耗，如图5所示，这会大大减小副边损耗，提高效率。

副边整流输出一般有两种拓扑形式可以选择，全波二极管整流或者全波中心抽头整流，后者适用于低压大电流场合，前者适用于高压小电流场合。在副边使用中心抽头整流时，一般会将中心抽头接到副边地，变压器两端接副边整流mosfet的漏极，其源极都是接地的，这样的好处是容易驱动这样的低边mosfet，而不需要自举电路。对于mosfet的驱动时序要求，我们在前两部分中已经说明，此处不做讨论。

总结，简要分析LLC电路的欠谐振和过谐振状态，分析其工作模式的基本特点和副边mosfet驱动要求，为后续的分析做出铺垫。

参考文献：AN1336 DC/DC LLC Reference Design Using dsPIC DSC