圖2示出半橋LLC變流器在不同負載情況下的直流增益曲線。LLC工作在f1（即圖中（1，1）點）時，諧振回路阻抗最小，損耗最低。所以在普通設計中，一般將滿載工作點設計在該點。

在圖2所示3區間中，開關管工作在容性區域，開關損耗大，所以在任何設計中都應該防止電路工作在此區域。而2區間中，LLC工作在諧振電流斷續模式，可同時實現初級開關管ZVS開通和次級整流管ZCS關斷，防止反向恢復，所以恒壓輸出的設計中，一般將所有負載情況下的工作點設計在該區間中。但是在恒流寬電壓范圍輸出設計中，負載變化大，對應的直流增益變化范圍大，很難保證全負載范圍內所有的工作點均在ZVS區域。并且電路工作在最大增益點和（1，1）點之間的曲線上，這段曲線增益越小，越接近諧振點。故僅能將滿載工作點設計在直流增益高，即fs《f1的區間，輸出電壓小即輕載工作點設計在諧振點，滿載效率不能得到優化，效率會很低。

在圖2所示1區間中，fs》f1，LLC工作在諧振電流持續模式，初級開關管可實現ZVS開通，次級整流管不能實現ZCS關斷，會有反向恢復過程，但在輸出電流小的情況下影響不大。這一區間增益曲線斜率較大，直流增益可調的范圍廣，可滿足恒流寬電壓范圍輸出設計的要求。2.3恒流寬電壓范圍輸出設計

半橋LLC的直流增益為：

式中：n為實際變壓器繞組匝比；Uin，Uo分別為輸入、輸出電壓。

可見，為得到最佳設計點（即諧振點），僅需取期望的變壓器繞組匝比Nnor=Uin/（2Uo）。

由圖2可見，曲線增益越小，斜率越大。若滿載的工作點設計在諧振點，輸出電壓降至一半（即Gdc降至0.5）時的工作頻率將達到2倍諧振頻率以上，工作頻率范圍很廣。為使工作頻率范圍變窄，可選擇增益曲線斜率大的一段，即Gdc《1.由式（3）及Nnor計算式可知，若n《Nnor，則Gdc《1.圖3示出n=0.88Nnor時的增益曲線及工作點。

圖3中，虛線為Uo在200~100V變化時對應的Gdc，實線為Uo為200~100V時等效負載的增益曲線，Uo相同時對應的實線和虛線的交點即為電路實際的工作點。在此設計中，Uo從200~100V變化時，工作頻率的范圍為1.22f1~2.11f1.

3參數分析與優化

3.1f1選擇

考慮到磁元件的設計，電路滿載時的工作頻率設計在100kHz左右較為理想。為保證半載工作效率，半載頻率不能太高。所以應當選擇增益曲線中斜率較大的一段，即Gdc《1.電路實際的工作頻率始終大于f1，所以應選f1《100kHz，設計在60~70kHz較為合理。

3.2諧振參數Cr，Lr

當f1一按時，Cr越小，Lr越大，Q越大，增益曲線的斜率越大，故減小Cr可使半載的工作頻率顯著降低。從提高半載效率的角度考慮，Cr越小越好，但Cr越小，其兩端的電壓峰值則越大，要降低Cr的電壓應力，Cr應取越大越好。設計中應該折中考慮。Cr確定后，根據f1可計算出Lr為：

3.3n，Lm的選擇

為使開關頻率的范圍縮窄，實際變壓器繞組匝比應小于期望的變壓器繞組匝比，n《Nnor.n減小，半載時的工作頻率降低，但同時滿載的工作頻率增高，工作點偏離諧振點較遠，電路工作在更持續的狀態。在諧振電流還很大時，MOSFET被強行關斷；二極管關斷時流過它的整流電流也很大。這樣MOSFET和整流管的開關損耗會增大，在大電流場合更加明顯。所以n不宜取值過小。

從減小開關管導通損耗的角度考慮，變壓器Lm的值越大，初級電流有效值越小，開關管的導通損耗也越小，故希望Lm越大越好。但Lr一按時，Lm越大則m越大，增益曲線的斜率變小。為保證所需的Uo使變換器的工作頻率范圍變寬，會影響Uo降到一半時的效率。所以，在保證一定的開關頻率范圍的前提下，Lm越大越好。

上述所有參數的設計要綜合考慮多方面因素，根據設計目標進行合理的取舍，針對具體應用場合找到最佳設計參數。

4實驗結果

根據上述理論分析，設計了一臺恒流寬范圍輸出LLC變換器樣機，并進行了效率優化。指標要求為：Uin=400V，輸出電流Io=0.7A，Uo=200~100V.

主開關管選用FDp12N50，次級整流二極管選用SF1005G.Nnor需按輸出電壓最大值設計：Nnor=Uin/（2Uomax）=1.

實際變壓器初次級匝比n《Nnor.采用多套不同實驗參數進行效率優化后，得最佳參數：fr=60kHz，n=0.85，Lm=800μH，m=3.75，Cr=33nF，Lr=213μH，fs=84~150kHz.變換器在滿載（Uo=200V）和半載（Uo=100V）時開關管兩端電壓波形uds、開關管驅動波形ug和諧振電流iLr波形如圖4所示。

測得樣機的效率曲線如圖5所示。可見，fs變化范圍選擇在80~150kHz，f1選在60kHz較為合理。樣機效率較高，整機效率達到95.5%~97.2%.

5結論

介紹了恒流寬范圍輸出LLC諧振變流器的設計方法，指出其與傳統恒壓LLC設計上的不同考慮，分析了各設計參數的影響。關于寬范圍輸出的LLC，工作區間應設計在開關頻率高于諧振頻率，直流增益小于1的區域。實驗證明，在整個負載變化范圍內效率均高于95.5%.該設計方法較適合于小電流輸出場合，樣機輸出電流為0.7A.若是大電流輸出，工作在持續狀態下的LLC開關管導通損耗、二極管關斷損耗影響明顯，效率會下降。