文献综述
1 研究背景
随着近几年科技水平的快速推进，电源技术也得到了蓬勃发展，中小功率开关电源的应用范围愈加广泛，对其性能、质量的要求也变得更加严格。开关设备在开通关断的过程中伴随着电流与电压的剧烈变化，从而产生交截，增加开关损耗、降低开关电源效率，而软开关技术可以有效解决该方面问题。与此同时，软开关还能增大开关频率，提高电源密度，减小电磁干扰等诸多优势。基于软开关所具有的一系列优良特性，以传统DC-DC、DC-AC开关型换流器作为基础，根据实际需求增添一个相对独立的LC谐振电路，让开关管两端的电压、经过的电流均发生周期性震荡变化，确保开关元器件顺利实现零电压或零电流切换变换器一般称为谐振变换器。其中，LLC谐振变换器在开关电源领域得到广泛应用。[18]但LLC谐振变换器同样具有很多不足，例如过载保护设计难度较大；控制模式繁琐；励磁电流过大，致使开关管导通后形成较大损耗影响转换器效率等，这很大程度上限制了它的应用领域。因此，有必要对LLC谐振变换器深入研究，根据实际情况提出切实可行的设计方案。
2 研究现状
目前，应用最广泛的软开关拓扑结构主要包括两种，一是谐振变换器，二是移相全桥PWM变换器。虽然后者可以有效降低开关损耗，但是当输入电压范围较宽时，将会产生占空比瞬间丢失的不良状况，而谐振变换器不会出现上述问题，其电压调节范围较广且易于实现软开关。
在谐振转换器中，也可划分为两种类型，即串、并联谐振转换器。市场上目前普遍应用的转换器主要包括三种类型，一是多谐振变换器，二是准谐振变换器，三是全谐振变换器，不同类型的谐振转换器也存在着较大的差异，因此在选取时要具体问题具体考虑。多谐振转换器最常见的类型为LCC谐振变换器和LLC谐振变换器。LCC谐振变换器的电路拓扑，同串联谐振电路相比，此电路的谐振网络通过并联的方式多连接了一个电容；同并联谐振电路相比，谐振网络通过串联的方式多连接了一个电容，所以这种电路拓扑结构不但具备串联方式的优势，也具备并联方式的特点。同串联谐振变换器相比而言，LCC谐振变换器可以实现空载运行且运行能力强；同并联谐振转换器而言，LCC谐振转换器性能方面更强，但存在循环能量问题。总体而言，负载较重情况下，电流主要呈现串联谐振特性，负载较轻时，电路主要呈现并联谐振特性。
LLC谐振转换器相较于其他谐振转换器主要有五点优势，①当处于负载全范围之内时，副边整流管零电流关断、原边开关管零电压开通等功能均可以实现，有助于达到局频化。②对于输入电压而言，其变化范围宽泛，并且具有良好的调压特性。可以借助微小的频率变化对输出电压进行调节，确保输出电压处于稳定状态。同时，即便输入电压、负载均发生了变化，也并不会对电压调节产生严重影响。③在输出侧，主要运用容性滤波，不必对滤波电感进行考虑，设备体积也因此而变得更小。④对于副边整流管而言，不存在反向恢复问题，因此所产生的损耗比较微小，使变换器效率得到极大提升。⑤易于实现磁集成，对于谐振电感而言，变压器漏感、励磁电感等均可以对其进行替代，使变换器的体积大大缩小，在变换器实现小型化方面具有积极的促进作用。[18]
对于LLC谐振转换器电路的研究常用的等效模型有两种，一种是基波分析法，另一种是小信号分析法。基波分析法相对出现的更早，也比较简单，但是目前应用更多的是20世纪90年代提出的对LLC拓扑结构的谐振变换器的扩展描述函数法，这种方法可以比较方便的得到任意一个周期的小信号模型，不需要很详细的了解各个工作状态，也可以考虑任意次数的谐波。[16]
近几年，国外关于LLC谐振转换器的研究方向主要集中于：①在将LLC谐振变换器的拓扑结构进行变形与改进，如提出的双半桥LLC谐振电路，并应用于电池充电器领域；将变换器的二次侧整流部分变为三种类型，等效扩大输出电压的范围，优化电路中励磁电感部分，并减小电路的开关频率范围以实现更高的效率。②进行更深更完善的理论分析，归类每种方法的使用情况，提出用于混合滞后充电（HHC）控制的解析小信号模型，并分析其相比于直接频率控制（DFC）的优点。③优化LLC谐振变换器中的变压器参数。④针对LLC谐振电路的控制策略，例如内部电流回路和外部电压回路的双回路控制方案，数字充电控制策略。
国内更多的侧重点放在了应用和控制方面，比如：LED电源，将LLC谐振变换器与双向变换器结合作为主电路，通过电压、电流双闭环控制策略消除LED的频闪问题，提高LED电源的寿命和工作效率。在LLC谐振电路控制策略的研究上，提出了数字式直接相移控制（DDPSC）方法，并将该方法与传统线性控制结合为混合控制策略，提高了全桥LLC变换器的动态响应。针对三电平式的半桥LLC变换电路，提出了将移相技术和变频技术结合的混合控制方式，根据不同的工作状态在两种控制方式间切换，更具有针对性。[6] 同时因为寄生参数会使得半桥LLC谐振转换器难以实现高频下的稳定性和高效性，[19]国家提出了重点研发计划“战略性先进电子材料”，国内开始基于LLC谐振电路电源模块研究采用新型半导体GaN开关器件和平面PCB磁性元件的新技术，对高频条件下的LLC工作模态进行分析，研究寄生参数对变换器工作状态的影响。[17]
