【嗶哥嗶特導讀】在新能源浪潮下，LLC 電路備受矚目，但其高效特性與電壓局限并存。磁性元器件變比究竟如何影響其高效特性？浙江大學王正仕副教授為我們揭開謎底。

近年來，隨著對高效能源利用需求的不斷增加，LLC電路的研發與應用已成為業界的熱點。然而，在追求高效率的同時，LLC電路的電壓范圍局限性及其與磁性元器件變比之間的復雜關系，也成為了磁性元器件產業鏈工程師們必須面對和解決的問題。

LLC電路的高效特性及電壓范圍的局限性

在新能源市場應用領域，LLC電路因具備卓越的高效率特性，受到了業界的廣泛關注，成為眾多磁性元器件產業鏈企業的研發重心。在幾個千瓦級別的隔離型電路中，LLC電路的效率表現尤為突出，幾乎難以找到與之匹敵的對手。

這一高效性的根源在于LLC電路的左右開關狀態均為軟開關，即在零電壓、零電流的條件下實現開關切換，從而大幅度減少了能量損失。此外，當電路在諧振點附近運行時，無功功率和電流都維持在極低的水平，進一步提升了整體效率。

然而，LLC電路的高效性并非沒有局限。其電壓范圍相對有限，在額定電壓的兩倍內仍有好的性能表現，而當電壓達到三倍時，性能就會出現明顯下降。更為關鍵的是，一旦電路偏離了最佳工作點，其性能也會逐漸下滑。

特別是在頻率遠離諧振點時，電流狀態會退化，關斷位置的電流會增大，同時負邊二極管的電流下降速度也會加快，甚至可能轉變為硬開關，從而導致性能惡化。因此，LLC電路的頻率調節范圍受到了一定程度的限制。

磁性元器件變比的選擇與效率電壓范圍的權衡

在設計LLC電路時，磁性元器件變比的選擇是一個至關重要的環節。它不僅關乎磁性元器件產業鏈企業的決策，還直接影響電路在各種應用場景下的性能。鑒于不同場景和優化目標所需的電感值各異，在選擇磁性元器件變比時，磁性元器件產業鏈企業必須充分考量實際應用需求。

以電池充電應用為例，許多磁性元器件產業鏈企業傾向于將優化點設定在電池的標稱電壓附近，因為在該電壓下，電池的充電時間最長且效率最高。因此，在確定磁性元器件變比時，應參照電池的標稱電壓來進行合理選擇，以確保電路的性能與充電需求相匹配。

在LLC電路中，輸出電壓或增益的大小直接關聯于開關頻率、諧振電感（Lr）、勵磁電感（Lm）以及輸入輸出電壓比等多個參數。

當開關頻率接近或高于諧振頻率時，電路呈現出降壓特性；而當開關頻率低于諧振頻率時，由于勵磁電感的作用，電路能夠展現出升壓特性。這種增益可調性使得LLC電路在寬范圍輸入電壓和輸出電壓的應用場景中尤為適用。

然而，設計高效的LLC電路并非易事，尤其是在追求高效率的同時還要確保寬泛的電壓調節范圍。磁環電感（磁性元器件）作為LLC電路中的關鍵元件，其設計直接影響到電路的效率和增益特性。

為了獲得高效率，磁環電感（磁性元器件）需要具有低損耗、高飽和電流以及穩定的溫度特性。同時，為了拓寬電壓調節范圍，需要仔細調整諧振電感與勵磁電感等磁性元器件的比值，以及開關頻率的范圍，從而在保證增益特性的同時，盡可能減少電路的損耗。

這兩者之間存在一定程度的矛盾，因為高效率往往伴隨著較窄的電壓適應范圍，而寬泛的電壓范圍則可能犧牲部分效率。因此，需要根據具體的應用場景和需求來做出合理的磁性元器件變比選擇。

LLC電路的未來發展趨勢及在新能源領域的應用

隨著新能源領域的快速發展，LLC電路的應用范圍也在不斷擴大。為了滿足雙向應用的需求，磁性元器件產業鏈工程師基于LLC電路進行了多種變數設計，以確保在不同的電壓范圍內都能獲得良好的性能表現。

LLC與DAB的結合可能會在未來大功率應用場合中發揮越來越重要的作用。這種結合可以是串聯諧振與DAB的結合，也可以是多重移相的結合，這些技術已經在一些磁性元器件產業鏈企業的產品中得到了實際應用。

如在新能源汽車OBC領域，有企業將DAB與諧振技術結合，且沒有使用MOS管，而是選擇了IGBT。

原因是當DAB與諧振技術結合時，如果參數設計不當，可能會出現反向恢復現象，導致電路性能下降，效率降低。因此，他們選擇了IGBT來避免這個問題。

在儲能產業中，當功率達到十千瓦左右時，傳統兩個橋臂的LLC電路已經演變為三個橋臂，以支持更高的功率輸出。

而在雙向充電樁領域，通常會采用T型三電平拓撲加上LLC或DAB技術。在這種應用中，通常是多個磁性元器件的組合，負責串聯和并聯，以實現功率的均分和空間的有效利用。

結語

在LLC電路的設計與優化過程中，磁性元器件變比的選擇不僅關乎電路的效率與電壓調節范圍，還直接影響到電路在不同應用場景下的性能表現與可靠性。
隨著新能源需求增長，LLC電路應用將更加廣泛。未來，需不斷優化磁性元器件設計，探索LLC與其他技術的結合，以提升電路性能與效率，滿足新能源領域對高效穩定電力電子系統的需求，推動LLC電路技術邁向新高度。

注：文章整理自中國電源學會磁技術專業委員會委員、浙江大學王正仕副教授，在第11屆功率變換器磁性元器件聯合學術年會的演講——《新能源雙向變換器(PCS)和工作模式》

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