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一文搞懂LLC諧振半橋工作原理 电路图与电路特征详解-KIA MOS管

信息來源:本站 日期:2019-01-15 

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LLC諧振半橋工作原理

LLC諧振半橋簡介

在傳統的開關電源中,通常采用磁性元件實現濾波,能量儲存和傳輸。開關器件的工作頻率越高,磁性元件的?尺寸就可以越小,電源裝置的小型化、輕量化和低成本化就越容易實現。但是,開關頻率提高會相應的提升開關器件的開關損耗,因此軟開關技術應運而生。


要實現理想的軟開關,最好的情況是使開關在電壓和電流同時爲零時關斷和開通(ZVS,ZCS),這樣損耗才會真正爲零。要實現這個目標,必須采用諧振技術。


LLC串聯諧振電路

根據電路原理,電感電容串聯或並聯可以構成諧振電路,使得在電源爲直流電源時,電路中得電流按照正弦規?律變化。由于電流或電壓按正弦規律變化,存在過零點,如果此時開關器件開通或關斷,産生的損耗就爲零。下邊就分析目前所使用的LLC諧振半橋電路。基本電路如下圖所示:

LLC諧振半橋工作原理


其中Cr,Lr,Lm構成諧振腔(Resonant?tank),即所謂的LLC,Cr起隔直電容的作用,同時平衡變壓器磁通,防止飽和。


LLC電路特征

(1)變頻控制


(2)固定占空比50%


(3)在開關管輪替導通之間存在死區時間(Dead?Time),因此Mosfet可以零電壓開通(ZVS),二次側Diode可以零點流關斷,因此二極管恢複損耗很小


(4)高效率,可以達到92%+


(5)較小的輸出漣波,較好的EMI


LLC諧振半橋工作原理

LLC諧振半橋工作原理

上图分别给出了 LLC 谐振变换器的电路图和工作波形。图1中包括两个功率 MOSFET(S1 和S2),其占空比都为0.5;谐振电容 Cs,副边匝数相等的中心抽头变压器 Tr,Tr 的漏感Ls,激磁电感 Lm,Lm 在某个时间段也是一个谐振电感,因此,在 LLC谐振变换器中的谐振元件主要由以上3个谐振元件构成,即谐振电容 Cs,电感 Ls 和激磁电感 Lm;半桥全波整流二极管 D1 和 D2,输出电容 Cf。LLC 变换器的稳态工作原理如下:


(1)(t1,t2)当t=t1 时,S2 关断,谐振电流给S1的寄生电容放电,一直到S1上的电压为零,然后S1 的体内二级管导通。此阶段D1导通,Lm上的电压被输出电压钳位,因此,只有Ls和Cs参与谐振。

LLC諧振半橋工作原理


(2)(t2,t3)当t=t2 时,S1在零电压的条件下导通,变压器原边承受正向电压;D1继续导通,S2及D2 截止。此时 Cs和Ls参与谐振,而Lm不参与谐振。


(3)(t3,t4)当t=t3 时,S1仍然导通,而 D1与D2 处于关断状态,Tr 副边与电路脱开,此时Lm,Ls和 Cs 一起参与谐振。实际电路中 Lm>>Ls,因此,在这个阶段可以认为激磁电流和谐振电流都保持不变。


(4)(t4,t5)当t=t4 时,S1关断,谐振电流给S2的寄生电容放电,一直到S2上的电压为零,然后S2 的体内二级管导通。此阶段 D2 导通,Lm 上的电压被输出电压钳位,因此,只有 Ls 和Cs 参与谐振。


(5)(t5,t6)当t=t5 时,S2 在零电压的条件下导通,Tr 原边承受反向电压;D2继续导通,而S1和D1 截止。此时仅 Cs和Ls 参与谐振,Lm上的电压被输出电压箝位,而不参与谐振。


(6)(t6,t7)当 t=t6 时,S2仍然导通,而D1和D2处于关断状态,Tr 副边与电路脱开,此时 Lm,Ls和Cs 一起参与谐振。实际电路中Lm>>Ls,因此,在这个阶段可以认为激磁电流和谐振电流都保持不变。


L6599的軟啓動電路

Pin12 加上 Vcc 电压后,给Pin1(CSS)外接电容 C13 充电,此时 C13 可视为短路,R36 与R32 并联,电阻减少,L6599 的振荡频率升高,电源功率下降,当 C13 充满电时,此时 C13 可视为开路,振荡频率由R32 决定,振荡频率降低,电源输出正常,由此实现变频软启动功能。同时,VDC 通过R20、 R21、 R22 串联电阻及 R30分压输入 Pin7(Line),R30 上并联的电容用来旁路噪声干扰。


Pin7(Line)电压低于 1.25V 关闭IC,高于 1.25V低于 6V时,IC正常工作,通过对 VDC 的电压检测,实现欠压保护功能。


IC 完成软启动后,内部振荡器开始振荡,在 Pin15(HVG)与 Pin11(LVG)输出如图所示的两个占空比接近 50%的脉冲,驱动 MOS管开始工作。


FSFR1700XS穩壓原理

次级电压通过取样电阻加在光耦(PC2)内发光管上,并与U402(TL431)的基准电压进行比较,U402的稳压值由上偏电阻 R428和并联的下偏电阻R429、R430 决定,稳压值由此公式算得:


Vo=[R428/R29//R430+1]*1.5V


当负载由满载转向空载时,引起输出电压上升,ICS1(TL431)1脚的电压将上升,而1脚的电压是稳定在 2.5V 的,这将引起 3-2脚间流过的电流增大,光耦(PC2)内发光二极管的电流增大,光耦内光敏三级管流过的电流也增大,光敏三级管相当于一个可变电阻,此时内光敏管电阻变小,引起 IC 振荡频率升高,使输出电压下降,反之,当负载由空载转向满载时,输出电压降低,必然引起 IC 振荡频率降低,调节输出电压升高,实现了稳压的目的。


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