半桥LLC效率低下原因及解决

LLC电路拥有开关损耗小的特点，适用于高频和高功率的设计。但很多人会遇到自己设计出的LLC电路功率偏低的问题，导致LLC电路功率低下的问题多种多样，本文将以一个半桥谐振LLC为例，全面的观察功率低下的原因，并试着给出相应的解决办法。

在这个例子当中，LLC和PFC基本都在运行，但效率仅为88%，经过多次试验得出如下一组参数，能获得87-88%的效率，便无法在继续提高。下面是谐振网络的参数和波形。

PFC铁硅铝磁环AS130，外径33mm，磁导率60，电感量330uH,75圈0.75MM铜线。

PFC二极管：MUR460;

PFCMOSFET:7N60;

PFC输出电压395V，能正常运行;

负载：输出24V,6A146W;

LLC级谐振网络：

谐振电感：Ls175uH;

谐振电容：Cs，15nF;

励磁电感：Lm,850uH;

M=Lm/Ls=5;

Q=0.5;

Fr=100KHZ;

磁芯：EER3542/Np44/5/5变压器匝比8.5，初级3股0.4，次级6股0.4。

开关：7N60

二极管20/150肖特基(没有特意匹配适合的功率器件，经过计算二极管用60V就可以了。)

满载150瓦开关频率82K，略低于谐振频率，波形如图1所示，看起来算是正常。

图1

黄色为半桥中点

蓝色为用电流互感器测试到的谐振网络的电流波。

下面就针对效率低下的问题，找出了几个思考点，试着从中找出效率低下的原因。

思考1

因为工作在低于谐振频率时，也是ZVS状态，而且次级能ZCS。所以也是比较有吸引力。但是初级MOSFET关断电流为励磁电感的最大电流，所以较低的励磁电感会造成MOSFET关闭耗损加大。在第一次的参数中初级励磁电感只有550uH,针对这点重新计算了谐振网络的参数，将励磁电感提高到了850uH，但是问题依然是存在。

相比550uH的励磁电感而言但是效率还是有一点提升的，至少在空载时看到的励磁电感电流的峰值是下降了。

图2

思考2：

次级二极管在初级的谐振网络电流等于励磁电感的电流后停止传递，自然阻断ZCS。但是在满载时候振荡严重，这一现象是否会恶化效率，还是说并无影响?

满载150瓦，次级二极管电压波形，没有测试电流波形。

图3

思考3：

因为考虑的过载保护使用了二极管钳位和两个谐振电容的方案，不知这样是否对效率存在影响。

针对这几点思考，下面给出了相应的修改意见。

建议1

增大点工作频率，或者说测试下实际谐振电感的感值和谐振电容容值，计算谐振频率，将开关频率设的略大于谐振频率比较好，因为由于死区的原因会导致等效的开关频率减小。