学术简报︱基于半桥LLC谐振的AC-DC变换器研究与设计
苏州大学光电科学与工程学院的研究人员吕清松、许宜申、倪兆麟、马仕哲，在2019年第10期《电气技术》杂志上撰文指出，随着电力电子技术的飞速发展，高效、高功率密度已成为功率变换器的主要发展方向，而传统脉冲宽度调制功率变换器采用硬开关技术，开关损耗大、效率较低。
本文针对这一实际问题以及适应宽范围电压输入的应用需求，采用“APFC+LLC+SR”拓扑结构，设计了一款具备宽电压输入、高功率因数和高效率特点的AC-DC变换器，并完成了200W/24V系统样机设计。
测试结果表明，当市电输入时，样机功率因数可达0.98，且系统在全负载范围内的平均效率达到92%以上，验证了设计方案的有效性，可满足一定范围内的实际应用需求。
随着能源紧缺问题日益严峻，如何有效提高功率变换器的效率、以缓解能源危机显得尤为重要。传统脉冲宽度调制（pulse width modulation, PWM）功率变换器采用硬开关技术，在开关管导通和关断的过程中，其漏源电压与电流波形存在一定程度的交叠，从而造成较大的开关损耗。随着功率变换技术逐渐向高频化发展，开关频率的增高使得这一问题显得日益突出。
为了提高功率变换效率，国内外学者开展了大量研究工作。
有学者设计了一种准谐振反激式变换器，其输入交流电压范围为95～260V，但最高效率只能达到86%。
有学者在准谐振反激式变换器中引入同步整流技术，使得变换效率达到88.3%。
有学者提出了一种改进型零电压转换PWM软开关功率变换器，其采用负载分段的方式实现电路软开关，变换效率可达91.5%。
但对于AC-DC变换器而言，上述设计方案在效率表现方面仍显不足。
LLC谐振变换器作为一种软开关技术，具备工作频率调整范围小、输入电压范围宽等特点[6-7]。而且其可实现原边开关管的零电压开通（zero voltage switch, ZVS）和副边整流二极管的零电流关断（zero current switch，ZCS），从而有效提升功率变换效率。同时，其平滑变化的波形也有利于改善变换器的电磁兼容性能。
因此，本文结合当前AC-DC变换技术的发展趋势，加入有源功率因数校正（active power factor correction, APFC）的概念，即采用“APFC+半桥LLC”两级电路结构，设计了一套适应宽范围电压输入、且具有高功率因数和高效率特点的AC-DC变换器。系统样机测试结果表明，在全负载范围内的平均效率达到92%以上，验证了所提方案的可行性和有效性。
图1 系统总体设计方案
本文针对传统硬开关功率变换器能量转换效率较低的问题，利用半桥LLC谐振和同步整流技术设计了一套高效AC-DC变换器。
测试结果表明：系统样机可实现原边半桥功率MOS管的零电压导通以及副边同步整流MOS管的零电流关断，全负载范围内样机的平均效率达92%以上，相较于硬开关和准谐振变换器，变换效率得到了较大提升。同时，变换器能够适应宽范围交流输入电压90～305V，且市电输入时，样机功率因数可达0.98，实现了预期的设计目标。