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電源諧振半橋轉換電路詳解

時(shí)間:2018-11-02 13:36:26來(lái)源:網(wǎng)絡(luò ) 作者:admin 點(diǎn)擊:次
　　和傳統脈寬調制（PWM）電源轉換器不同的是，諧振轉換器通過(guò)頻率調制來(lái)調節輸出電壓。因此，諧振轉換器的設計方法也與PWM轉換器的設計方法有所異。在各種類(lèi)型的諧振轉換器中，圖1的LLC串聯(lián)諧振轉換器（LLC-SRC）格

　　和傳統脈寬調制（PWM）電源轉換器不同的是，諧振轉換器通過(guò)頻率調制來(lái)調節輸出電壓。因此，諧振轉換器的設計方法也與PWM轉換器的設計方法有所異。在各種類(lèi)型的諧振轉換器中，圖1的LLC串聯(lián)諧振轉換器（LLC-SRC）格外引人矚目，因為它有更強的輸出調節功能、更小的循環(huán)電流和更低的電路成本。


　　串聯(lián)諧振特性允許直流（DC）/DC LLC-SRC中的開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò )（如圖2所示）擁有很寬范圍的零電壓開(kāi)關(guān)（ZVS）；因此，LLC-SRC能在前端電源應用中輕松實(shí)現超過(guò)94％的效率，并能在高開(kāi)關(guān)頻率下運行。


　　和PWM轉換器的設計過(guò)程相似，當設計LLC-SRC時(shí)，第一個(gè)步驟是選擇滿(mǎn)負載情況下所需的工作頻率。剩下的步驟就不同了，因為諧振轉換器里沒(méi)有占空比因數。在LLC-SRC中占空比保持不變，是50％，非常理想。圖3展示了LLC-SRC的設計流程圖（來(lái)自TI電源設計研討會(huì )主題“設計 LLC諧振半橋電源轉換器”）。
　　Mg/Qe和Mg/fn圖表中的增益曲線(xiàn)是由圖1所示的LLC諧振槽路（它也是LLC諧振半橋轉換器的線(xiàn)性化電路）衍生而來(lái)的。
　　圖3提供了LLC諧振半橋轉換器的簡(jiǎn)單電路參數選擇過(guò)程。通過(guò)檢查增益曲線(xiàn)上的fn_min、fn_max位置，您就能設計出在所有輸入條件下開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò )上均具有ZVS的高效LLC諧振半橋變換器。
　　當設計LLC諧振半橋變換器時(shí)，請謹記：
　　任何時(shí)候，在Mg/fn圖表中fn_min都需要高于增益曲線(xiàn)的脊線(xiàn)。這是為確保金屬氧化物半導體場(chǎng)效應晶體管（MOSFET）能保持ZVS狀態(tài)。LLC-SRC的效率只能在一個(gè)操作點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化。當fsw= fo時(shí)，串聯(lián)Lr和Cr變成零阻抗狀態(tài)（圖4）；該轉換器在那個(gè)點(diǎn)具有最高的效率。您需要決定自己想優(yōu)化的線(xiàn)路/負載條件，并確保您的開(kāi)關(guān)頻率在那樣的條件下是諧振頻率。


　　等離子和液晶電視如今已經(jīng)走入了千家萬(wàn)戶(hù)，這兩種電器的開(kāi)關(guān)電源設計比較特殊，只能采用有源或者無(wú)源PFC模式，并且需要能夠長(cháng)時(shí)間在無(wú)散熱通風(fēng)的環(huán)境下工作。這就要求電源不僅要擁有高功率密度和平滑的電磁干擾信號，還要盡量少的使用元器件。而在這些方面，半橋LLC諧振轉換器擁有諸多的優(yōu)勢。


　　半橋LL諧振電容和諧振電感的配置
　　單諧振電容和分體諧振電容都存在于半橋轉換器當中。對于單諧振電容配置而言，它的輸入電流紋波和均方根（RMS）值較高，而且流經(jīng)諧振電容的均方根流較大。這種方案需要耐高壓（600~1，500V）的諧振電容。不過(guò)，這種方案也存在尺寸小、布線(xiàn)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。


　　分體諧振電容相較于單個(gè)諧振電容而言，其輸入電流紋波和均方根值較小。諧振電容僅處理一半的均方根電流，且所用電容的電容量?jì)H為單諧振電容的一半。當利用鉗位二極管（D3和D4）進(jìn)行簡(jiǎn)單、廉價(jià)的過(guò)載保護時(shí)，這種方案中，諧振電容可以采用450V較低額定電壓工作。顧名思義，半橋LLC轉換器中包含2個(gè)電感（勵磁電感Lm和串聯(lián)的諧振電感Ls）。根據諧振電感位置的不同，諧振回路也包括兩種不同的配置，一種為分立解決方案，另一種為集成解決方案。這兩種解決方案各有其優(yōu)缺點(diǎn)，采用這兩種方案的LLC的工作方式也有輕微差別。
　　將諧振電感安裝在變壓器外面是有目地的。其能夠幫助設計者提高設計的靈活性，令設計人員可以靈活設置Ls和Lm的值;此外，EMI幅射也更低。不過(guò)，這種解決方案的缺點(diǎn)在于，變壓器初級和次級繞組間的絕緣變得復雜，并且繞組的冷卻條件變差，并需要組裝更多元件。


　　在另一種集成的解決方案中，變壓器的漏電感被用作諧振電感（LLK=LS）。這種解決方案只需1個(gè)磁性元件，而且會(huì )使得開(kāi)關(guān)電源的尺寸更小。此外，變壓器繞組的冷卻條件更好，且初級和次級繞組之間可以方便地實(shí)現絕緣。不過(guò)，這種解決方案的靈活性相對較差（可用的LS電感范圍有限），且其EMI幅射更強，而初級和次級繞組之間存在較強的鄰近效應。半橋LLC轉換器建模和增益特性
　　編輯點(diǎn)評：通過(guò)對實(shí)例的講解，介紹了半橋LLC諧振轉換器設計的部分要點(diǎn)和技巧，如配置、工作狀態(tài)、增益特性等等，還對一些特定的參數進(jìn)行了確定，希望本篇文章能夠幫助大家增進(jìn)對半橋LLC諧振轉換器的了解。

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