一、背景
传统工业弧焊电源多用硅I硬开关电路，工作频率低于 10kHz，变压器、谐振电感体积大，整机笨重、损耗高；同时高频开关会产生严重共模电磁干扰，影响电弧稳定，只能加装大体积 EMI 滤波器，进一步降低设备功率密度。LLC 谐振电路可实现开关管零电压开通（ZVS），提升工作频率，但常规单谐振腔 LLC 拓扑谐振支路不对称，变压器原副边电压变化率不匹配，死区阶段会产生大量共模噪声。本文设计双支路完全对称谐振网络 LLC 变换器，搭配 SiC 碳化硅高频器件制作 11kW 弧焊电源，从电路结构根源抑制共模干扰，同时缩小整机体积、提升转换效率。
二、主电路拓扑结构
整机分为三相整流前级、对称 LLC DC-DC 变换单元、中心抽头整流输出三部分：
- 1.前级：380V 三相交流电整流得到 540V 直流母线电压；
- 2.谐振变换核心：4 只 SiC MOSFET 组成全桥开关；两路参数完全相同的谐振支路
构成对称谐振网络；两台变比n:2:2中心抽头隔离变压器T1、T2； - 3.输出整流：4 只 SiC 快恢复二极管组成全波整流，后端滤波电容输出稳定直流焊接电压，直接接焊枪负载。
开关驱动逻辑：S1与S2带死区互补导通，S3、S4分别同步跟随S2、S1驱动，单周期分为6个对称工作阶段，正负半周期电路波形完全镜像。
三、核心工作模态
根据导通方式，同一个开关周期内可以分为6 种不同的工作模式，如下图展示了正半周期的3种工作模式的等效电路图，由于负半周期的工作模式与正半周期完全对称，因此不再赘述。
模态 1 （t0~t1）
谐振电流为负，对开关管结电容充放电，S1、S4体二极管导通，漏源电压被钳位至 0，实现 ZVS 开通条件；励磁电感被输出电压固定，不参与谐振，能量经D2、D4向负载传输。模态 2（t1~t2）
S1、S4零电压开通，谐振电流逐渐由负转正，二极管D2、D4关断，D1、D3导通，励磁电流线性上升。模态 3（t2~t3，死区阶段）
开关管全部关断，正向谐振电流对开关管电容反向充放电，为S2、S3开通做准备；传统 LLC 该阶段会产生大量共模噪声，本文对称拓扑可完全抵消噪声。
四、共模噪声抑制核心原理
1. 共模噪声产生根源
隔离变压器原、副边绕组存在寄生电容，若绕组两端对地电压变化率dv/dt不一致，就会形成耦合共模电流，干扰电网与焊接电弧。共模电流大小由原副边电位变化差值决定。
2. 传统 LLC 缺陷
死区区间变压器原边电位随谐振电感、电容电压持续波动，dv/dt≠0；副边二极管导通，电位固定不变，二者变化率差值大，产生明显共模干扰，必须搭配大型滤波装置。
3. 对称谐振拓扑抵消机理
两路谐振元件参数完全一致，谐振支路电压满足
，死区阶段变压器原边两端对地电位被母线、输出电压锁定为恒定值：
母线电压Vdc、焊接输出电压Vo均为直流常量，全周期内变压器所有绕组对地电压变化率恒等于 0，理论上共模电流ICM=0，从电路结构上无源消除电磁干扰，不用大容量 EMI 滤波器。硬件参数：额定功率 11kW，输出 31.5V/350A；SiC MOSFET 开关频率 70~160kHz；谐振电感 24μH，谐振电容 200nF，变压器变比 8:1。- 1.全部开关管实现全负载 ZVS 软开关，开关损耗大幅降低；
- 2.整机峰值效率 96.3%，满载效率 88.6%；
- 3.相比同规格商用焊机，功率密度提升约 300%，整机体积、重量大幅缩减；
- 4.电源恒压外特性稳定，满足气体保护焊工艺要求，共模噪声显著降低。
六、总结
本文对称谐振 LLC 拓扑依托支路结构对称性，消除变压器共模噪声产生条件；配合 SiC 宽禁带器件实现百 kHz 高频工作，减小磁性元件体积。该方案同时实现低电磁干扰、高功率密度、高效率，解决传统弧焊电源笨重、干扰大、损耗高的问题，适用于轻量化工业焊接设备。
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