【哔哥哔特导读】在新能源浪潮下，LLC 电路备受瞩目，但其高效特性与电压局限并存。磁性元器件变比究竟如何影响其高效特性？浙江大学王正仕副教授为我们揭开谜底。
近年来，随着对高效能源利用需求的不断增加，LLC电路的研发与应用已成为业界的热点。然而，在追求高效率的同时，LLC电路的电压范围局限性及其与磁性元器件变比之间的复杂关系，也成为了磁性元器件产业链工程师们必须面对和解决的问题。
LLC电路的高效特性及电压范围的局限性
在新能源市场应用领域，LLC电路因具备卓越的高效率特性，受到了业界的广泛关注，成为众多磁性元器件产业链企业的研发重心。在几个千瓦级别的隔离型电路中，LLC电路的效率表现尤为突出，几乎难以找到与之匹敌的对手。
这一高效性的根源在于LLC电路的左右开关状态均为软开关，即在零电压、零电流的条件下实现开关切换，从而大幅度减少了能量损失。此外，当电路在谐振点附近运行时，无功功率和电流都维持在极低的水平，进一步提升了整体效率。
然而，LLC电路的高效性并非没有局限。其电压范围相对有限，在额定电压的两倍内仍有好的性能表现，而当电压达到三倍时，性能就会出现明显下降。更为关键的是，一旦电路偏离了最佳工作点，其性能也会逐渐下滑。
特别是在频率远离谐振点时，电流状态会退化，关断位置的电流会增大，同时负边二极管的电流下降速度也会加快，甚至可能转变为硬开关，从而导致性能恶化。因此，LLC电路的频率调节范围受到了一定程度的限制。
磁性元器件变比的选择与效率电压范围的权衡
在设计LLC电路时，磁性元器件变比的选择是一个至关重要的环节。它不仅关乎磁性元器件产业链企业的决策，还直接影响电路在各种应用场景下的性能。鉴于不同场景和优化目标所需的电感值各异，在选择磁性元器件变比时，磁性元器件产业链企业必须充分考量实际应用需求。
以电池充电应用为例，许多磁性元器件产业链企业倾向于将优化点设定在电池的标称电压附近，因为在该电压下，电池的充电时间最长且效率最高。因此，在确定磁性元器件变比时，应参照电池的标称电压来进行合理选择，以确保电路的性能与充电需求相匹配。
在LLC电路中，输出电压或增益的大小直接关联于开关频率、谐振电感（Lr）、励磁电感（Lm）以及输入输出电压比等多个参数。
当开关频率接近或高于谐振频率时，电路呈现出降压特性；而当开关频率低于谐振频率时，由于励磁电感的作用，电路能够展现出升压特性。这种增益可调性使得LLC电路在宽范围输入电压和输出电压的应用场景中尤为适用。
然而，设计高效的LLC电路并非易事，尤其是在追求高效率的同时还要确保宽泛的电压调节范围。磁环电感（磁性元器件）作为LLC电路中的关键元件，其设计直接影响到电路的效率和增益特性。
为了获得高效率，磁环电感（磁性元器件）需要具有低损耗、高饱和电流以及稳定的温度特性。同时，为了拓宽电压调节范围，需要仔细调整谐振电感与励磁电感等磁性元器件的比值，以及开关频率的范围，从而在保证增益特性的同时，尽可能减少电路的损耗。
这两者之间存在一定程度的矛盾，因为高效率往往伴随着较窄的电压适应范围，而宽泛的电压范围则可能牺牲部分效率。因此，需要根据具体的应用场景和需求来做出合理的磁性元器件变比选择。
LLC电路的未来发展趋势及在新能源领域的应用
随着新能源领域的快速发展，LLC电路的应用范围也在不断扩大。为了满足双向应用的需求，磁性元器件产业链工程师基于LLC电路进行了多种变数设计，以确保在不同的电压范围内都能获得良好的性能表现。
LLC与DAB的结合可能会在未来大功率应用场合中发挥越来越重要的作用。这种结合可以是串联谐振与DAB的结合，也可以是多重移相的结合，这些技术已经在一些磁性元器件产业链企业的产品中得到了实际应用。
如在新能源汽车OBC领域，有企业将DAB与谐振技术结合，且没有使用MOS管，而是选择了IGBT。
原因是当DAB与谐振技术结合时，如果参数设计不当，可能会出现反向恢复现象，导致电路性能下降，效率降低。因此，他们选择了IGBT来避免这个问题。
在储能产业中，当功率达到十千瓦左右时，传统两个桥臂的LLC电路已经演变为三个桥臂，以支持更高的功率输出。
而在双向充电桩领域，通常会采用T型三电平拓扑加上LLC或DAB技术。在这种应用中，通常是多个磁性元器件的组合，负责串联和并联，以实现功率的均分和空间的有效利用。
结语
在LLC电路的设计与优化过程中，磁性元器件变比的选择不仅关乎电路的效率与电压调节范围，还直接影响到电路在不同应用场景下的性能表现与可靠性。
随着新能源需求增长，LLC电路应用将更加广泛。未来，需不断优化磁性元器件设计，探索LLC与其他技术的结合，以提升电路性能与效率，满足新能源领域对高效稳定电力电子系统的需求，推动LLC电路技术迈向新高度。
注：文章整理自中国电源学会磁技术专业委员会委员、浙江大学王正仕副教授，在第11届功率变换器磁性元器件联合学术年会的演讲——《新能源双向变换器(PCS)和工作模式》
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