電路詳解：電源諧振半橋轉(zhuǎn)換電路

和傳統(tǒng)脈寬調(diào)制(PWM)電源轉(zhuǎn)換器不同的是，諧振轉(zhuǎn)換器通過頻率調(diào)制來調(diào)節(jié)輸出電壓。因此，諧振轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)方法也與PWM轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)方法有所

異。在各種類型的諧振轉(zhuǎn)換器中，圖1的LLC串聯(lián)諧振轉(zhuǎn)換器(LLC-SRC)格外引人矚目，因?yàn)樗懈鼜?qiáng)的輸出調(diào)節(jié)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中的開關(guān)網(wǎng)絡(luò)(如圖2所示)擁有很寬范圍的零電壓開關(guān)(ZVS);因此，LLC-SRC能在前端電源應(yīng)用中輕松實(shí)現(xiàn)超過94%的效率，并能在高開關(guān)頻率下運(yùn)行。

和PWM轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)過程相似，當(dāng)設(shè)計(jì)LLC-SRC時(shí)，第一個(gè)步驟是選擇滿負(fù)載情況下所需的工作頻率。剩下的步驟就不同了，因?yàn)橹C振轉(zhuǎn)換器里沒有占空比因數(shù)。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(shè)計(jì)流程圖(來自TI電源設(shè)計(jì)研討會主題“設(shè)計(jì) LLC諧振半橋電源轉(zhuǎn)換器”)。

Mg/Qe和Mg/fn圖表中的增益曲線是由圖1所示的LLC諧振槽路(它也是LLC諧振半橋轉(zhuǎn)換器的線性化電路)衍生而來的。

圖3提供了LLC諧振半橋轉(zhuǎn)換器的簡單電路參數(shù)選擇過程。通過檢查增益曲線上的fn_min、fn_max位置，您就能設(shè)計(jì)出在所有輸入條件下開關(guān)網(wǎng)絡(luò)上均具有ZVS的高效LLC諧振半橋變換器。

當(dāng)設(shè)計(jì)LLC諧振半橋變換器時(shí)，請謹(jǐn)記：

任何時(shí)候，在Mg/fn圖表中fn_min都需要高于增益曲線的脊線。這是為確保金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)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(dāng)fsw= fo時(shí)，串聯(lián)Lr和Cr變成零阻抗?fàn)顟B(tài)(圖4);該轉(zhuǎn)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)化的線路/負(fù)載條件，并確保您的開關(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)走入了千家萬戶，這兩種電器的開關(guān)電源設(shè)計(jì)比較特殊，只能采用有源或者無源PFC模式，并且需要能夠長時(shí)間在無散熱通風(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(zhuǎn)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(zhuǎn)換器當(dāng)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，這種方案也存在尺寸小、布線簡單等優(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僅為單諧振電容的一半。當(dāng)利用鉗位二極管(D3和D4)進(jìn)行簡單、廉價(jià)的過載保護(hù)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(zhuǎn)換器中包含2個(gè)電感(勵(lì)磁電感Lm和串聯(lián)的諧振電感Ls)。根據(jù)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(shè)計(jì)者提高設(shè)計(jì)的靈活性，令設(shè)計(jì)人員可以靈活設(shè)置Ls和Lm的值;此外，EMI幅射也更低。不過，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(fù)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，而且會使得開關(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(xiàn)絕緣。不過，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(qiáng)，而初級和次級繞組之間存在較強(qiáng)的鄰近效應(yīng)。半橋LLC轉(zhuǎn)換器建模和增益特性

編輯點(diǎn)評：通過對實(shí)例的講解，介紹了半橋LLC諧振轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)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(shù)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(zhuǎn)換器的了解。