基于碳化硅MOSFET的全桥LLC谐振变换器设计

吴文辉，孔 铭，范自勇，李家宇，吴春欢

（易事特集团股份有限公司，广东 东莞 523808）

0 引 言

随着以氮化镓（GaN）和碳化硅（SiC）为代表的第三代半导体材料的迅猛发展，越来越多的碳化硅器件在电力电子设备中得到应用。碳化硅MOSFET具有高耐压、低导通损耗、高开关频率以及耐高温等优点，在高压设备中得到了广泛应用。

本文使用碳化硅MOSFET作为全桥LLC谐振变换器的开关管，研究了全桥LLC谐振电路的拓扑结构和工作原理，并通过MathCAD辅助绘制其增益特性。结合碳化硅MOSFET优点，提出了一种全桥LLC电路设计方法，并通过PSIM仿真验证其有效性[1]。

1 全桥LLC谐振变换器电路拓扑结构

全桥LLC谐振变换器电路拓扑结构如图1所示。Q1、Q2、Q3以及 Q4为初级碳化硅 MOSFET，Lr为谐振电感，Lm为变压器励磁电感，Cr为谐振电容，Q5、Q6、Q7以及Q8为次级输出的碳化硅MOSFET。LLC全桥谐振网络的设计主要就是设计变压器变比n、谐振电容Cr、谐振电感Lr及变压器励磁电感Lm[2]。

根据图1，碳化硅MOSFET的Q1、Q2、Q3以及Q4为方波发生器，作为谐振网络的输入。谐振电容Cr、谐振电感Lr以及变压器励磁电感Lm组成了谐振网络，碳化硅MOSFET的Q5、Q6、Q7以及Q8为整流网络工作时需要同步整流。

当变压器T1励磁电感Lm被负载箝位，Lm不参与谐振时，LLC的谐振频率为；Lm参与谐振时，谐振频率为[3]。假定谐振变换器的工作频率为fs，以两个谐振频率点fr和fm为界，可以将谐振变换器的工作区域分成fs≤fm、fm≤fs≤fr以及fr＜fs。当fs≤fm时，谐振变换器工作在容性区域，不能实现零电压开关，不能有效降低管子开通关断损耗，设计时应该避免工作在此区域；当fr＜fs时，谐振变换器工作在感性区域，但是变压器次级的管子不能实现零电流开关，设计时应避免工作在此区域；……