摘要：半橋LLC 諧振變流器作為中功率開關電源的最佳拓撲選擇，通常應用在恒壓輸出場合中。針對用于LED驅動的高效率恒流電源的DC/DC 部分，這里提出一種適用于寬范圍輸出的新設計方法，并給出設計流程，分析了對設計參數的影響和高效率優化。同時根據所述設計原則構建了一臺140 W 的半橋LLC 變流器樣機，經過參數優化，其在整個輸出電壓范圍內的效率均在95.5%以上。實驗結果驗證了半橋LLC 可作為LED 驅動的很好的拓撲選擇，其在全負載范圍內均可達到很高效率。

　　1 引言

　　半導體照明作為21 世紀的新型光源，具有節能、環保、壽命長、易維護等優點。用大功率高亮度發光二極管（LED）取代白熾燈、熒光燈等傳統照明光源已是大勢所趨。由于LED 自身特性，必須采用恒流源為其供電。因此，高效率恒流驅動電源的設計成為LED 應用中一個重要研究對象。LLC半橋諧振變換器以其高效率、高功率密度等優點成為現今倍受青睞的熱門拓撲， 但一般用于恒壓輸出場合，傳統LLC 被認為不適合應用于寬范圍恒流輸出。此處提出一種半橋LLC 新的設計方法，使其在寬范圍恒流輸出場合依然保持高效率。

　　因此，LLC 可作為LED 驅動的很好的拓撲選擇。

　　2 恒流LLC 諧振變流器的設計方法

　　2.1 半橋LLC 變換電路概述

　　半橋LLC 諧振變流器電路原理如圖1 所示。

　　兩個占空比為0.5 互補驅動的開關管VS1，VS2 構成半橋結構，諧振電感Lr、諧振電容Cr 和變壓器的勵磁電感Lm 構成LLC 諧振網絡，變壓器次級由整流二極管VD1~VD4 構成全橋整流電路。

　　圖1 半橋LLC 諧振變流器電路拓撲

　　半橋LLC 變流器有兩個諧振頻率。當變壓器初級電壓被輸出電壓箝位時，Lm 不參加諧振，Lr和Cr 產生的串聯諧振頻率為f1;當變壓器不向次級傳遞能量時，Lm 電壓不被箝位，Lm，Lr，Cr 共同參與諧振，構成諧振頻率f2 為：

　　2.2 直流增益曲線及工作區間

　　采用基波近似方法， 可推導出LLC 諧振變流器的直流電壓增益表達式為：

　　式中：m=Lm/Lr;fn =fs/f1，fs 為開關頻率；Ro 為等效輸出電阻。

　　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。

　　圖2 半橋LLC 的直流增益曲線

　　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避免電路工作在此區域。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，避免反向恢復，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 工作在諧振電流連續模式，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。