前幾天我們聊了充電樁地前級Vienna整流器的相關原理和調制方式，接下來我們來聊一聊后級的DC/DC轉換電路——后級半橋三電平LLC電路。

直流充電樁的前級電路輸出的母線電壓在800V左右，采用半橋三電平LLC電路不僅可以將開關管上承受的電壓應力降低為原來的一半，而且在圈電壓范圍內能實現主開關管的ZVS(零壓開通)和整流二極管的ZCS(零電流關斷)。

這樣能夠減小開關管和整流管上所承受的應力，提高壽命;同時，也可以減小開關損耗，提高整體效率。

【資料圖】

今天我們就來聊聊后級LLC電路的工作原理。

半橋三電平LLC的基本電路拓撲如下圖：

主功率開關器件包括：原邊的四個MOSFET(Q1~Q4)和副邊的全橋整流二極管(D5~D8)。其中，D1~D4和C1~C4分別是各個MOS管對應的寄生二極管和結電容。

諧振腔元件：Lr是諧振電感，包含線路中的電感和變壓器的漏感;Cr是諧振電容;Lm是主變壓器的勵磁電感。C11和C12是分壓電容，用來穩定諧振腔的正負輸入電壓;D11和D12是鉗位二極管，實現開關管上的電壓能夠被鉗位在輸入電壓的一半;C10是飛跨電容;Co是輸出濾波電容。

LLC諧振電路根據功能可以劃分為方波輸入、串聯諧振和輸出整流濾波三大網絡。其中最為關鍵的部分是串聯諧振網絡。根據串聯電感和電容的諧振特性，可知LLC諧振網絡具有兩個諧振點。第一諧振過程(由諧振電感Lr和諧振電容Cr單獨諧振)、第二過程(由勵磁電感Lm和諧振電感Lr一起和諧振電容Cr共同諧振)，構成的諧振頻率點分別為：

LLC電路常用的控制手段是調頻和移相控制。其中移相控制保證超前管Q1和Q4實現ZVS，但是Q2和Q3在輕載時難以實現ZVS，同時二極管還存在反向恢復問題，不利于電路的穩定性和效率，所以移相控制是增大輸出電壓的范圍來作為補充控制。

為了開關管能夠實現ZVS，故要使諧振腔呈現感性狀態，其輸入的高頻方波電壓的頻率必然會大于諧振點的頻率fr2。根據電路開關頻率與諧振頻率點fr1的關系可以分為三種狀態：欠諧振、準諧振和過諧振。在這其中準諧振是電路最為理想的工作狀態，即fs=fr1，此時的電路效率最高，且在半個周期結束時勵磁電流iLM和諧振電路iLr恰好相等，輸出整流管電流恰好減小為零，實現零電流關斷。

一般，LLC諧振變換器借助于第二諧振過程來實現開關管的ZVS和輸出整流管的ZCS，故其常工作于欠諧振狀態下，下面我們以此來講講。

下圖是欠諧振下的主要波形：

t0~t12是穩態下一個開關周期對應的時間，t0~t6和t6~t12分別對應正負半周期，正負半周期實現ZVS和ZCS的機理一致的，只是電流的流通路徑相反，所以我們以正半周期聊一下。

①t0~t1

上橋臂兩個開關管Q1和Q2同時開通，諧振元件為電感Lr和電容Cr，勵磁電感Lm被輸出負載鉗位;諧振腔輸入電壓為+Vin/2，則諧振電流按照近正弦規律快速上升，勵磁電流正向線性增大;

②t1~t2

t1時刻(勵磁電流上升到和諧振電流相等)，變壓器上傳輸到二次側的電流減為零，整流管D5和D6實現ZCS;勵磁電感Lm也參與了諧振的過程，此時的諧振電流和勵磁電流是同一個電流，并且以第二諧振頻率發生諧振直到開關管Q1關斷。為了避免環流加大電路損耗以及對變壓器磁飽和的影響，此過程時間一般都比較短，所以我們可以認為這段時間內諧振電流不變;

③t2~t3

上橋臂的超前管Q1在t2時刻關斷，Q1上的結電容C1通過飛跨電容開始接受Q4上結電容C4的電荷，也就是uc1上升，uc4下降;直到t3時刻uc1達到Vin/2，使得D11導通將其鉗位。可知開關管上的最大電壓是輸入電壓的一半;

④t3~t4

在t3時刻，uc1=+Vin/2，uc4下降為0;在D11導通后，諧振腔的輸入電壓變為0。

⑤t4~t5

此時，上橋臂的滯后管Q2在t4時刻關斷，飛快電容D11的作用，uc2上升，uc3下降，則諧振腔的輸入電壓從0逐漸減小為-Vin/2;同時受到輸入電壓Vin和uc3的共同限制，uc2最大也就是Vin/2.由于諧振腔對外表現為感性，所以當諧振腔輸入電壓從零變為負是，諧振電流還是正向的。

⑥t5~t6

上橋臂的滯后管Q2在t5時刻完全關斷，諧振腔的輸入電壓將變成-Vin/2，由于諧振電流的方向仍為正，那么諧振電流將流過Q3和Q4的寄生二極管，為其ZVS做準備。則隨著諧振電流的快速變化，勵磁電感上的電壓將會大于輸出電壓折算到原邊的電壓，這樣的結果就是勵磁電感將會脫離諧振腔。