盡管LLC-SRC可以實現比硬開關反激式和正激式轉換器高得多的效率，但如果想要實現最佳效率，仍然存在一些設計挑戰。
十多年來，電源行業廣泛應用LLC串聯諧振變換器（LLC-SRC）作為低成本、高效率的隔離電源級。如圖1所示，LLC-SRC帶有兩個諧振電感（兩個“L”：Lm和Lr）和一個諧振電容（一個“C”：Cr）。LLC-SRC具有軟開關特性，無需復雜的控制方案。這一軟開關特性可以使用額定電壓較低的元件，并且可以提供很高的轉換效率。其簡單的控制方案，即具有50％固定占空比的可變頻率調制，僅需較低的控制器成本，比用于其它軟開關拓撲的控制器（如相移全橋變換器）更具優勢。
圖1：LLC-SRC原理圖。
盡管LLC-SRC可以實現比硬開關反激式和正激式變換器高得多的效率，但如果想要實現最佳效率，仍然存在一些設計挑戰。首先，在LLC-SRC設計中，兩個諧振電感的比率（Lm-to-Lr）要小于10，以便可控范圍足夠寬。同時，還需要Lm具有很大的電感來降低循環電流，這意味著你需要有較大的Lr電感才能保持較低的諧振電感比。
值得注意的是，串聯諧振電感器Lr中的電流完全是交流的沒有任何直流成分，這意味著很高的磁通密度變化（ΔB高）。高ΔB意味著AC相關的電感損耗也較大。如果電感纏繞在鐵氧體磁芯上，則磁芯氣隙附近的邊緣效應會導致較高的繞組損耗。
Lr電感大表明匝數更多并且AC繞組損耗更高。因此許多LLC-SRC設計在諧振電感中采用鐵粉磁芯，這樣可在繞組損耗和磁芯損耗之間取得折衷。盡管如此，高ΔB也會在諧振電感上產生相當大的損耗，要么是繞組損耗大，要么磁芯損耗大。
LLC-SRC設計的第二個挑戰是如何最佳地優化同步整流器（SR）控制。LLC-SRC整流器電流導通時序取決于負載狀態和開關頻率。LLC-SRC SR控制最有前景的方法是感測SR場效應晶體管（FET）漏源極電壓(VDS)，并在VDS低于或高于某一水平時打開和關閉SR。VDS感測方法需要毫伏級精度，因此只能通過IC實現。由于電流饋電容性負載輸出配置問題，自驅動或其它低成本SR控制方案不適用于LLC-SRC。因此，LLC-SRC SR控制器電路的成本通常高于其它拓撲。
為了解決這兩個問題，即高電感損耗和SR控制，同時仍能充分利用諧振變換器的大部分優勢，我們考慮使用一種改進的CLL多諧振變換器（CLL-MRC），如圖2所示。
圖2：修改后的CLL-MRC原理圖。
CLL-SRC所有三個諧振元件（一個電容和兩個電感）都位于輸入端，修改后的CLL-MRC將一個電感從輸入端移到輸出端，并將電感放置在整流器Lo之后，如圖2所示。這種修改允許諧振電感帶有直流電流成分，這意味著ΔB更低，磁損耗也可能更低。
將電感移至輸出端，輸出配置也從電流饋電容性負載配置變為電壓饋電感性負載配置。電壓饋電感性負載配置可實現低成本SR控制方案，因為您可以使用電感電壓提供感測信號。
圖3示出了修改后的CLL-MRC工作波形，其中fsw是變換器開關頻率，fr1={2π[Cr(Lr1//Lr2)]0.5}-1是兩個諧振頻率之一。當fsw低于fr1時，輸出繞組電流在開關周期結束前降至零，就像LLC-SRC中的輸出繞組電流一樣。現在輸出端有一個電感，簡單的電容和電阻組合可以感測輸出電感的電壓。每次發生大的電壓變化(dV/dt)時，就是打開或關閉SR的時間。因此，SR控制方案的成本低于VDS感測方案。
當fsw高于fr1時，輸出電感電流以連續導通模式工作。換句話說，ΔB變小，電感器AC損耗可能小得多，因此變換器效率可能高于LLC-SRC。
圖3：修改后的CLL-MRC關鍵波形：fsw<fr1(左)；fsw>fr1(右)。
為了驗證這些性能假設，我使用完全相同的元件和參數搭建了一個LLC-SRC和一個改進的CLL-MRC電源級。唯一的區別是使用72μH電感作為LLC-SRC諧振電感，使用1μH電感作為改進的CLL-MRC輸出電感。
圖4示出了兩個電源級的效率測量。在較低的輸入電壓下，fsw低于fr1，修改后的CLL-MRC中的Lo電流仍處于不連續導通模式，具有較大的ΔB。因此，在這種工作狀態下，修改后的CLL-MRC沒有效率提升。
當輸入電壓變高時，fsw高于fr1，Lo電流處于連續導通模式。在430V輸入時，修改后的CLL-MRC效率比LLC-SRC高1％。這一比較結果表明，如果將修改后的CLL-MRC設計為始終以高于fr1的頻率工作，則其效能在整個范圍內可能優于LLC-SRC。
圖4：具有不同輸入電壓的變換器效率：修改后的CLL-MRC（上）；LLC-SRC（下）。
LLC-SRC確實是一種很好的拓撲結構，具有許多吸引人的特性。但針對不同的應用，它可能不是最佳的解決方案。有時，我們需要走出常規思路，創新的設計可以更低的電路成本實現更高的效率。
（原文刊登在ASPENCORE旗下EDN美國網站，參考鏈接：Power Tips #84: Think outside the LLC series resonant converter box。）
責編：Gavin
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