LLC 系列諧振轉(zhuǎn)換器能做多少？

LLC 諧振轉(zhuǎn)換器的基本電路如下所述。LLC 諧振轉(zhuǎn)換器一般包含一個(gè)帶mosfet的控制器、一個(gè)諧振網(wǎng)絡(luò)和一個(gè)整流器網(wǎng)絡(luò)?？刂破饕?0%的占空比交替為兩個(gè)mosfet提供門信號(hào)，隨負(fù)載變化而改變工作頻率，調(diào)節(jié)輸出電壓vout，這稱為脈沖頻率調(diào)制(pfm)。諧振網(wǎng)絡(luò)包括兩個(gè)諧振電感和一個(gè)諧振電容(LLC )。諧振電感 lr、lm 與諧振電容cr 主要作為一個(gè)分壓器，其阻抗隨工作頻率而變化(如式1所示)，以獲得所需的輸出電壓。

我們可能已經(jīng)考慮將 LLC 串聯(lián)諧振轉(zhuǎn)換器 (LLC-SRC) 放入到我們的下一個(gè)電源項(xiàng)目中。LLC-SRC 通常隱藏在另一個(gè)調(diào)節(jié)良好的功率級(jí)后面，如圖 1 中的示例。這在電路成本方面并不理想，因?yàn)閮杉?jí) PSU的BOM 成本總是高于單級(jí) PSU。我們想要的是用可提供更高效率和更低 EMI 并避免增加 BOM 成本的替代拓?fù)鋪硖鎿Q舊設(shè)計(jì)中的反激式轉(zhuǎn)換器。LLC-SRC 真的被單級(jí)低成本拓?fù)溥x擇標(biāo)準(zhǔn) 排除了嗎?

圖 1. 通用兩級(jí)離線電源單元的功率級(jí)。

由于對(duì)輸入電壓變化的敏感性，LLC-SRC 在 LLC-SRC 前面需要另一個(gè)功率級(jí)。設(shè)計(jì)人員通常插入另一個(gè)功率級(jí)以為 LLC-SRC 提供良好調(diào)節(jié)的輸入電壓，因?yàn)樗鼉?yōu)化了 LLC-SRC 效率。一般來說，LLC-SRC 效率在兩級(jí) PSU 中可以 > 94%。

如果我們認(rèn)真看了PMP5141設(shè)計(jì)示例，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)PMP5141中的 LLC-SRC只能在 280V DC至 400V DC輸入范圍內(nèi)工作。如果我們?cè)趩渭?jí) AC-DC 離線 PSU 中使用PMP5141 LLC-SRC 級(jí)，我們可能只接受 240V?AC +/-10% 輸入。此時(shí)，LLC-SRC 工作輸入電壓范圍現(xiàn)在需要更寬。

較高的 L m /L r比率導(dǎo)致較窄的調(diào)節(jié)范圍。因此，如果我們降低 L m /L r比率，則工作輸入電壓范圍有能力擴(kuò)大。PMP5141的比值接近 5。如果我們減小它的 L m使 L m /L r比值 3，最小輸入電壓可以低至 220V DC，如圖 2 所示。LLC-SRC 參數(shù)現(xiàn)在是針對(duì)具有 176V AC至 276V AC輸入范圍的單級(jí) PSU 進(jìn)行了優(yōu)化。

圖 2. L r =72μH、Cr=0.033μF、n=8.333 和 Pout=240W的 LLC-SRC 的電壓增益。

上面的示例說明了如何降低 L m /L r比率使單級(jí) LLC-SRC PSU 成為可能。降低 L m的一個(gè)問題是 L m越小，初級(jí)側(cè)的循環(huán)電流越高，這會(huì)降低轉(zhuǎn)換器效率。請(qǐng)記住，我們現(xiàn)在是單級(jí) PSU，我們沒有像以前那樣在 LLC-SRC 前面的功率級(jí)上降低效率。

PMP10283 是一款單級(jí) LLC-SRC PSU，設(shè)計(jì)用于 88VAC-132VAC 或 176VAC-264VAC 輸入，+/-30V/200W 輸出。PMP10283 參考設(shè)計(jì)通過交流線路電壓向單 LLC 諧振轉(zhuǎn)換器級(jí)提供 30V/100W 和 -30V/100W 的輸出。該設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是電路成本低且效率高(120VAC 滿負(fù)荷時(shí)效率超過 90%;240VAC 滿負(fù)荷時(shí)約為 92%)。該設(shè)計(jì)使用適用于 LLC 諧振轉(zhuǎn)換器的 UCC25600 諧振轉(zhuǎn)換器控制器。

特性

· 88VAC-132VAC 或 176VAC-264VAC 輸入

· +/-30V 200W 輸出

· 轉(zhuǎn)換器效率高達(dá) 92%

· 單級(jí) AC-DC LLC-SRC

· 電路成本低

比較兩級(jí)PMP5141的總效率時(shí) 和單級(jí)PMP10283 在圖 3 中的 PSU 中，單級(jí) LLC-SRC PSU 的性能要好得多。單級(jí) LLC-SRC 效率可以與兩級(jí) PSU 一樣好，并且提供更低的 Bom 成本。

圖 3. PMP5141的總效率 和PMP10283。