1兩種變換器的工作原理

1.1不對稱半橋變換器

圖1和圖2分別給出了傳統(tǒng)的不對稱半橋變換器的電路圖和工作波形,。圖1中包括兩個互補控制的功率mosfet（s1和s2）,其中s1的占空比為d,s2的占空比為（1－d）;隔直電容cb,其上電壓作為s2開通時的電源;中心抽頭變壓器tr,其原邊匝數(shù)為np,副邊匝數(shù)分別為ns1和ns2;半橋全波整流二級管d1和d2;輸出濾波電感l(wèi)d,電容cf。
　　
不對稱半橋（ahb）變換器的穩(wěn)態(tài)工作原理如下,。
　　
1）當s1導(dǎo)通s2關(guān)斷時,變壓器原邊承受正向電壓,副邊ns1工作;二極管d1導(dǎo)通,二極管d2截止;
　　
2）當s2導(dǎo)通s1關(guān)斷時,隔直電容cb上的電壓加在變壓器的原邊,副邊ns2工作,二極管d1截止,。
　　
圖2中n1=np/ns1,n2=np/ns2,且n1=n2=n。通過對電路的分析,可以得到傳統(tǒng)不對稱半橋變換器占空比d的計算公式　　

1.2llc諧振變換器

圖3和圖4分別給出了llc諧振變換器的電路圖和工作波形,。圖3中包括兩個功率mosfet（s1和s2）,其占空比都為0.5;諧振電容cs,副邊匝數(shù)相等的中心抽頭變壓器tr,tr的漏感l(wèi)s,激磁電感l(wèi)m,lm在某個時間段也是一個諧振電感,因此,在llc諧振變換器中的諧振元件主要由以上3個諧振元件構(gòu)成,即諧振電容cs,電感l(wèi)s和激磁電感l(wèi)m;半橋全波整流二極管d1和d2,輸出電容cf,。
　　
llc變換器的穩(wěn)態(tài)工作原理如下。
　　
1）〔t1,t2〕當t=t1時,s2關(guān)斷,諧振電流給s1的寄生電容放電,一直到s1上的電壓為零,然后s1的體二級管導(dǎo)通。此階段d1導(dǎo)通,lm上的電壓被輸出電壓鉗位,因此,只有l(wèi)s和cs參與諧振,。
　　
2）〔t2,t3〕當t=t2時,s1在零電壓的條件下導(dǎo)通,變壓器原邊承受正向電壓;d1繼續(xù)導(dǎo)通,s2及d2截止,。此時cs和ls參與諧振,而lm不參與諧振。
　　
3）〔t3,t4〕當t=t3時,s1仍然導(dǎo)通,而d1與d2處于關(guān)斷狀態(tài),tr副邊與電路脫開,此時lm,ls和cs一起參與諧振,。實際電路中因此,在這個階段可以認為激磁電流和諧振電流都保持不變,。
　　
4）〔t4,t5〕當t=t4時,s1關(guān)斷,諧振電流給s2的寄生電容放電,一直到s2上的電壓為零,然后s2的體二級管導(dǎo)通。此階段d2導(dǎo)通,lm上的電壓被輸出電壓鉗位,因此,只有l(wèi)s和cs參與諧振,。
　　
5）〔t5,t6〕當t=t5時,s2在零電壓的條件下導(dǎo)通,tr原邊承受反向電壓;d2繼續(xù)導(dǎo)通,而s1和d1截止,。此時僅cs和ls參與諧振,lm上的電壓被輸出電壓箝位,而不參與諧振。
　　
6）〔t6,t7〕當t=t6時,s2仍然導(dǎo)通,而d1和d2處于關(guān)斷狀態(tài),tr副邊與電路脫開,此時lm,ls和cs一起參與諧振,。實際電路中因此,在這個階段可以認為激磁電流和諧振電流都保持不變,。
　　
通過上面的詳細分析,對這兩類軟開關(guān)型變換器的工作原理及其特性有了一定的了解,下面將對它們之間的差異進行比較,進一步加深對它們的認識,。

2兩種變換器差異的對比
　　
雖然不對稱半橋變換器和llc諧振變換器都是軟開關(guān)型變換器,但是,兩者有本質(zhì)的區(qū)別,。不對稱半橋變換器是pwm型的,而llc諧振變換器是諧振型的,因此,它們在控制方法、副邊整流管的電壓應(yīng)力,、原邊的電流應(yīng)力等方面有很大的差異,下面將對這些差異進行詳細分析,。

2.1控制方法的對比
　　
不對稱半橋變換器通過調(diào)節(jié)開關(guān)管的占空比來調(diào)節(jié)輸出電壓,圖5給出了在不同的輸入電壓下的占空比變化情況,從圖5可以看出當輸入電壓變化范圍比較大時,開關(guān)管的占空比變化范圍也比較大,因此,不對稱半橋變換器的掉電維持時間特性比較差。

與不對稱半橋變換器相比,llc諧振變換器是通過調(diào)節(jié)開關(guān)頻率來調(diào)節(jié)輸出電壓的,也就是在不同的輸入電壓下它的占空比保持不變,因此,與不對稱半橋相比,它的掉電維持時間特性比較好,可以廣泛地應(yīng)用在對掉電維持時間要求比較高的場合,。

2.2副邊整流管電壓應(yīng)力的對比

通過對不對稱半橋變換器工作原理的分析,可以得到副邊二極管上的電壓應(yīng)力的計算方法如式（2）及式（3）所示,這樣當輸入電壓變化時,就可以了解副邊二極管電壓的變化情況,。圖6給出了輸出電壓為48v時副邊整流管上電壓變化情況。當輸入電壓比較高時,d2上的電壓比較高,因此,d2必須選用耐壓等級比較高的二極管,這樣就會增加電路的損耗,?！　?/p>

相同條件下,llc諧振變換器中副邊二極管上的電壓應(yīng)力比不對稱半橋變換器小很多,因為,在llc諧振變換器中副邊二極管上的電壓應(yīng)力是輸出電壓的2倍,如圖7所示。因此,在llc諧振變換器中可以選擇耐壓比較低的二極管,從而可以提高電路的效率,。

2.3副邊二極管的開通對比
　　
從對不對稱半橋變換器的分析可知其副邊二極管是硬開通,損耗比較大;而從對llc諧振變換器的分析可知其副邊二極管是零電流開關(guān),損耗比較小,這樣就可以提高變換器的效率,。

2.4其他方面
　　
首先,在不對稱半橋變換器中上下開關(guān)管的占空比是互補的,因此,不對稱半橋變換器中的變壓器有直流偏置現(xiàn)象;而在llc諧振變換器中上下開關(guān)管的占空比是相等的,因此,llc諧振變換器中的變壓器沒有直流偏置現(xiàn)象。
　　
其次,llc諧振變換器是通過調(diào)開關(guān)管的工作頻率來調(diào)節(jié)輸出電壓,因此,對于llc諧振變換器來說,要實現(xiàn)同步整流控制比較復(fù)雜;而不對稱半橋變換器是通過調(diào)開關(guān)管的占空比來調(diào)節(jié)輸出電壓,因此,對于不對稱半橋變換器來說,要實現(xiàn)同步整流控制比較簡單,。

另外,通過對llc諧振變換器的分析,可知其電流應(yīng)力比較高;而在不對稱半橋變換器中電流應(yīng)力比較低,。

3結(jié)語
　　
通過對不對稱半橋變換器和llc諧振變換器的分析和研究,對它們的控制方法,副邊整流管電壓應(yīng)力和副邊開通等進行的對比,可以知道llc諧振變換器更能適合電源對高頻和高效率的發(fā)展需求。