Buck+定频谐振电路的工作原理
对于27v输出的低压大电流应用场合，在前期的拓扑选型时，主要考虑了移相全桥，boost+定频谐振和buck+定频谐振三种拓扑。移相全桥拓扑中，由于需要考虑低压输入、高压输出情况，匝比被限制在了4：4：4，导致在53.5v输入，27v输出额定状态时，最大占空比小于60%，导致整机效率不高。对于boost+谐振电路和buck+谐振电路，谐振输入电压范围被限制在100v以下，输出为27v大电流情况，q值比传统ac/dc 谐振应用中的q值大得多，导致升压能力有限，增益曲线非常平，不能采用原有的调频控制，后级只能采用定频控制。
对于boost+定频谐振拓扑来说，其短路风险较大。boost为升压拓扑，母线电压最低被限制在60v以上，短路时，需要快速控制谐振占空比，谐振控制需要来回切换，控制的风险较大。而buck拓扑为降压拓扑，短路时，主管占空比能够快速响应，短路处理风险更小。boost+定频谐振拓扑与buck+定频谐振拓扑相比，boost侧mos管选择余地较小，一般rdson更大，效率并不占优势。最后选定buck+定频谐振拓扑作为dcdc的拓扑。
此时定频谐振电路相当于固定增益输出。对于buck+定频谐振电路，后级谐振全桥电路采用开环控制，使全桥谐振电路工作在谐振频率点，通过调节前级buck的占空比来控制整个变换器的输出电压。这种控制策略相对于只控制谐振工作频率和两级分开控制而言，具有如下优点：控制更为简单，后级全桥谐振电路的开环输入阻抗大，有利于系统稳定。实际电路中可以采用电压外环，功率内环的控制方式来工作。
图2 buck+定频谐振电路控制示意图
工作原理
在图1所示的buck+定频全桥谐振拓扑中，谐振电路开环控制，以50%占空比固定工作在谐振频率点。这里buck和谐振电路的开关频率相同。由于在大部分负载情况下，buck的占空比都大于50%，故这里分析buck占空比大于50%时的情况。电路可以分为8个工作区间，电路的主要工作模式和波形如下图所示：
模态1【t0～t1】:t0时刻主buck mos管q1导通，buck电感电流上升。此时谐振电路的q4，q5管仍在导通，变压器副边电压极性为上负下正，同步整流管q8导通。此时变压器原边被箝位在-nvo，故ilm仍在线性下降，此时谐振频率为fr。由于此时buck电感电流大于谐振的输入电流，buck母线电容开始充电，母线电压上升。
模态2【t1～t2】: t1时刻，当谐振电感电流ilr等于励磁电流ilm时，关断q4，q5管，此时开关频率等于谐振谐振频率。谐振电感电流通过d3，d6续流，此时变压器原边电压极性变为上正下负，同步整流管q7导通，由于此刻q8电流为0，故q8为零电流关断。lm被箝位至nvo，励磁电流ilm开始线性上升。此时谐振端输入电流出现了突变反向，buck电感电流仍大于谐振输入电流，buck电容继续充电，母线电压以更大斜率继续上升。
模态3【t2～t3】: t2时刻，q3，q6开关管导通，由于之前d3，d6已经导通，故q3，q6为zvs开通，谐振电感电流ilr经过q3，q6，变压器副变电压极性为上正下负，同步整流管q7导通，电感lm上的电压被箝位在nvo，电流ilm继续线性上升。此时谐振端输入电流为近似半波电流，中间过程当电感电流小于输入电流时，母线电容开始放电，buck母线电压下降。当电感电流大于输入电流时，母线电容重新开始充电，buck母线电压上升。
图3 电路工作模式及其相关波形
模态4【t3～t4】: t3时刻，谐振电感电流ilr等于励磁电流ilm时， q3，q6开关管管关断，此时q7电流减小到0，q7为零电流关断。d4，d5续流导通，变压器原边电压极性变为上负下正，同步整流管q8导通。lm重新被箝位到-nvo，励磁电流ilm开始线性下降。
模态5【t4～t5】: t4时刻，q4，q5开关管导通，由于此前d4，d5已经导通，故q4，q5为zvs导通，谐振电流ilr流经q4,q5，变压器副变电压继续上负下正，q8继续导通。电感lm上的电压仍被箝位至-nvo，故ilm继续线性下降。
模态6【t5～t6】: t5时刻，buck主mos管关断，buck电感电流通过d2管进行续流，buck电感电流开始减小。此时谐振电路延续【t4～t5】状态。
模态7【t6～t7】: t6时刻，buck的同步管q2导通，由于之前电流流过d2，buck同步整流为zvs开通。此时谐振电路延续【t4～t5】状态。
模态8【t7～t8】: t7时刻，同步整流管q2管关断，电感电流继续通过d2续流，q2为硬开关关断。到t8时刻q1管重新开通。此时谐振电路延续【t4～t5】状态。
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此时定频谐振电路相当于固定增益输出。对于buck+定频谐振电路，后级谐振全桥电路采用开环控制，使全桥谐振电路工作在谐振频率点，通过调节前级buck的占空比来控制整个变换器的输出电压。这种控制策略相对于只控制谐振工作频率和两级分开控制而言，具有如下优点：控制更为简单，后级全桥谐振电路的开环输入阻抗大，有利于系统稳定。实际电路中可以采用电压外环，功率内环的控制方式来工作。
图2 buck+定频谐振电路控制示意图
工作原理
在图1所示的buck+定频全桥谐振拓扑中，谐振电路开环控制，以50%占空比固定工作在谐振频率点。这里buck和谐振电路的开关频率相同。由于在大部分负载情况下，buck的占空比都大于50%，故这里分析buck占空比大于50%时的情况。电路可以分为8个工作区间，电路的主要工作模式和波形如下图所示：
模态1【t0～t1】:t0时刻主buck mos管q1导通，buck电感电流上升。此时谐振电路的q4，q5管仍在导通，变压器副边电压极性为上负下正，同步整流管q8导通。此时变压器原边被箝位在-nvo，故ilm仍在线性下降，此时谐振频率为fr。由于此时buck电感电流大于谐振的输入电流，buck母线电容开始充电，母线电压上升。
模态2【t1～t2】: t1时刻，当谐振电感电流ilr等于励磁电流ilm时，关断q4，q5管，此时开关频率等于谐振谐振频率。谐振电感电流通过d3，d6续流，此时变压器原边电压极性变为上正下负，同步整流管q7导通，由于此刻q8电流为0，故q8为零电流关断。lm被箝位至nvo，励磁电流ilm开始线性上升。此时谐振端输入电流出现了突变反向，buck电感电流仍大于谐振输入电流，buck电容继续充电，母线电压以更大斜率继续上升。
模态3【t2～t3】: t2时刻，q3，q6开关管导通，由于之前d3，d6已经导通，故q3，q6为zvs开通，谐振电感电流ilr经过q3，q6，变压器副变电压极性为上正下负，同步整流管q7导通，电感lm上的电压被箝位在nvo，电流ilm继续线性上升。此时谐振端输入电流为近似半波电流，中间过程当电感电流小于输入电流时，母线电容开始放电，buck母线电压下降。当电感电流大于输入电流时，母线电容重新开始充电，buck母线电压上升。
图3 电路工作模式及其相关波形
模态4【t3～t4】: t3时刻，谐振电感电流ilr等于励磁电流ilm时， q3，q6开关管管关断，此时q7电流减小到0，q7为零电流关断。d4，d5续流导通，变压器原边电压极性变为上负下正，同步整流管q8导通。lm重新被箝位到-nvo，励磁电流ilm开始线性下降。
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模态8【t7～t8】: t7时刻，同步整流管q2管关断，电感电流继续通过d2续流，q2为硬开关关断。到t8时刻q1管重新开通。此时谐振电路延续【t4～t5】状态。
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