LLC諧振電路是一種基于諧振振蕩原理工作的電力轉換電路，以其高效率、低電磁干擾和寬輸入輸出范圍等特點，在電力電子領域得到了廣泛應用。

一、LLC諧振電路工作原理

LLC諧振電路主要由開關電路、諧振電路以及整流電路三個部分組成。其工作原理可以概括為：通過控制開關管的開關時間和頻率，使得諧振電路中的電感、電容和變壓器之間產生諧振振蕩，從而實現高效的能量轉換。

1. 開關電路

開關電路通常由MOSFET等開關器件構成，負責控制電路的通斷。在LLC諧振電路中，開關電路的工作狀態對諧振電路的影響至關重要。

2. 諧振電路

諧振電路是LLC諧振電路的核心部分，由諧振電感Lr、諧振電容Cr以及勵磁電感Lm組成。這些元件與變壓器原邊連接，形成諧振回路。當開關管導通時，輸入電壓通過主線圈和諧振電容形成諧振回路，諧振電流開始增加。隨著諧振電流的增加，副線圈開始感應出電壓，并通過輸出整流電路轉換為直流電壓供給負載。當開關管關斷時，諧振電流繼續通過變壓器的副線圈和諧振電容進行諧振，直到下一個開關周期開始。

3. 整流電路

整流電路通常由二極管等整流元件構成，負責將變壓器輸出的交流電壓轉換為直流電壓，并驅動負載工作。

4. 工作模態

LLC諧振電路的工作模態可以根據開關頻率和諧振頻率的關系進行劃分，主要包括欠諧振模式、準諧振模式和過諧振模式。在不同的工作模態下，電路的工作特性和效率會有所不同。

• 欠諧振模式 ：當開關頻率小于第一諧振頻率時，電路工作在欠諧振模式。此時，諧振電流和勵磁電流的變化較為復雜，但電路仍然能夠實現高效的能量轉換。
• 準諧振模式 ：當開關頻率等于諧振頻率時，電路工作在準諧振模式。此時，電路具有最高的效率，是最佳工作點。
• 過諧振模式 ：當開關頻率大于諧振頻率時，電路工作在過諧振模式。此時，ZVS始終存在，但根據負載的不同，諧振電流會發生變化。
  LLC諧振電路簡單高效，由于諧振腔的存在，不僅可以保證負載在大范圍變化時一次側開關管的 ZVS 導通，還可以實現二次側開關管的 ZCS 關斷，同時減輕了一二次側開關管的電壓應力。此外電路的電壓增益隨開關頻率變化的特性，使得電路可以工作在BUCK/BOOST模式，而且在輸入電壓和負載大范圍變化時都具有很好的電壓調節特性，這些優勢讓 LLC電路一直是研究的熱點。

傳統的 LLC 諧振變換器輸入端采用半橋結構，經二次側帶中心抽頭的高頻變壓器與輸出端相連,采用二極管整流實現直流輸出。這種電路結構無法實現功率的雙向流動，為解決這個問題，將全橋結構引入 LLC 諧振，形成雙向全橋 LLC 諧振型 DC-DC 變換器如下圖 所示。

雙向全橋LLC 諧振型 DC-DC 變換器

雙向全橋 CLLC 諧振型DC-DC 變換器在完全保留 LLC 諧振電路優點的基礎上實現了功率的雙向流動并且變換器正反向工作過程完全對稱，近年來成為了雙向變換器領域的研究熱點，成果廣泛應用于分布式發電并網系統。

二、LLC諧振電路參數設計

LLC諧振電路的參數設計對于電路的性能和效率具有重要影響。以下是一些關鍵參數的設計考慮：

1. 諧振頻率

諧振頻率是LLC諧振電路的重要參數之一，它決定了電路的工作頻率范圍。諧振頻率的選擇應根據具體應用需求來確定，一般在10kHz至1MHz之間。諧振頻率的選擇需要綜合考慮電路的功率密度、開關損耗和電磁兼容性等因素。

2. 諧振電容和諧振電感

諧振電容Cr和諧振電感Lr是構成諧振回路的關鍵元件。它們的取值決定了諧振頻率的大小和電路的諧振特性。在選擇諧振電容和諧振電感時，需要根據電路的輸入電壓、電流和功率等參數進行計算和匹配。

3. 勵磁電感

勵磁電感Lm在LLC諧振電路中起著重要的作用。它不僅參與諧振過程，還影響電路的電壓增益和負載能力。勵磁電感的取值需要根據電路的負載需求和電壓增益要求來確定。

4. 開關頻率

開關頻率是控制LLC諧振電路工作狀態的重要參數。通過改變開關頻率，可以調節諧振回路的阻抗和電流波形，從而控制變換器的輸出功率。開關頻率的選擇應根據設計的功率和諧振頻率來決定。高頻率有助于提高功率密度，但也會增加開關損耗。

5. 觸發角度

觸發角度控制開關管的導通時間，決定了電路的輸出功率。合適的觸發角度可以減小開關管的開關損耗，提高電路的效率。觸發角度的設計需要根據電路的具體需求和開關管的特性來確定。

6. 能量傳輸比

能量傳輸比是表征能量從輸入到輸出傳輸效率的重要參數。在設計LLC諧振電路時，需要考慮開關管和電容的損耗以及電感的耗能等因素，以確保能量傳輸比達到設計要求。

三、總結

LLC諧振電路通過合理的參數設計和控制策略，可以實現高效率、低電磁干擾和寬輸入輸出范圍的電力轉換。在實際應用中，設計者需要根據具體需求來確定諧振頻率、諧振電容、諧振電感、勵磁電感、開關頻率和觸發角度等參數，以確保電路的性能和效率滿足要求。同時，還需要考慮電路的可靠性和穩定性等因素，以確保電路在各種工況下都能正常工作。