一文搞懂LLC諧振半橋工作原理 電路圖與電路特征詳解-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2019-01-15
在傳統(tǒng)的開關(guān)電源中，通常采用磁性元件實(shí)現(xiàn)濾波，能量?jī)?chǔ)存和傳輸。開關(guān)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(shí)現(xiàn)。但是，開關(guān)頻率提高會(huì)相應(yīng)的提升開關(guān)器件的開關(guān)損耗，因此軟開關(guān)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。
要實(shí)現(xiàn)理想的軟開關(guān)，最好的情況是使開關(guān)在電壓和電流同時(shí)為零時(shí)關(guān)斷和開通(ZVS，ZCS)，這樣損耗才會(huì)真正為零。要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，必須采用諧振技術(shù)。
根據(jù)電路原理，電感電容串聯(lián)或并聯(lián)可以構(gòu)成諧振電路，使得在電源為直流電源時(shí)，電路中得電流按照正弦規(guī)?律變化。由于電流或電壓按正弦規(guī)律變化，存在過零點(diǎn)，如果此時(shí)開關(guān)器件開通或關(guān)斷，產(chǎn)生的損耗就為零。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：
其中Cr，Lr，Lm構(gòu)成諧振腔（Resonant?tank），即所謂的LLC，Cr起隔直電容的作用，同時(shí)平衡變壓器磁通，防止飽和。
（1）變頻控制
（2）固定占空比50％
（3）在開關(guān)管輪替導(dǎo)通之間存在死區(qū)時(shí)間（Dead?Time），因此Mosfet可以零電壓開通（ZVS）,二次側(cè)Diode可以零點(diǎn)流關(guān)斷，因此二極管恢復(fù)損耗很小
（4）高效率，可以達(dá)到92％+
（5）較小的輸出漣波，較好的EMI
上圖分別給出了 LLC 諧振變換器的電路圖和工作波形。圖1中包括兩個(gè)功率 MOSFET（S1 和S2），其占空比都為0.5；諧振電容 Cs，副邊匝數(shù)相等的中心抽頭變壓器 Tr，Tr 的漏感Ls，激磁電感 Lm，Lm 在某個(gè)時(shí)間段也是一個(gè)諧振電感，因此，在 LLC諧振變換器中的諧振元件主要由以上3個(gè)諧振元件構(gòu)成，即諧振電容 Cs，電感 Ls 和激磁電感 Lm；半橋全波整流二極管 D1 和 D2，輸出電容 Cf。LLC 變換器的穩(wěn)態(tài)工作原理如下：
（1）（t1，t2）當(dāng)t=t1 時(shí)，S2 關(guān)斷，諧振電流給S1的寄生電容放電，一直到S1上的電壓為零，然后S1 的體內(nèi)二級(jí)管導(dǎo)通。此階段D1導(dǎo)通，Lm上的電壓被輸出電壓鉗位，因此，只有Ls和Cs參與諧振。
（2）（t2，t3）當(dāng)t=t2 時(shí)，S1在零電壓的條件下導(dǎo)通，變壓器原邊承受正向電壓；D1繼續(xù)導(dǎo)通，S2及D2 截止。此時(shí) Cs和Ls參與諧振，而Lm不參與諧振。
（3）（t3，t4）當(dāng)t=t3 時(shí)，S1仍然導(dǎo)通，而 D1與D2 處于關(guān)斷狀態(tài)，Tr 副邊與電路脫開，此時(shí)Lm，Ls和 Cs 一起參與諧振。實(shí)際電路中 Lm>>Ls,因此，在這個(gè)階段可以認(rèn)為激磁電流和諧振電流都保持不變。
（4）（t4，t5）當(dāng)t=t4 時(shí)，S1關(guān)斷，諧振電流給S2的寄生電容放電，一直到S2上的電壓為零，然后S2 的體內(nèi)二級(jí)管導(dǎo)通。此階段 D2 導(dǎo)通，Lm 上的電壓被輸出電壓鉗位，因此，只有 Ls 和Cs 參與諧振。
（5）（t5，t6）當(dāng)t=t5 時(shí)，S2 在零電壓的條件下導(dǎo)通，Tr 原邊承受反向電壓；D2繼續(xù)導(dǎo)通，而S1和D1 截止。此時(shí)僅 Cs和Ls 參與諧振，Lm上的電壓被輸出電壓箝位，而不參與諧振。
（6）（t6，t7）當(dāng) t=t6 時(shí)，S2仍然導(dǎo)通，而D1和D2處于關(guān)斷狀態(tài)，Tr 副邊與電路脫開，此時(shí) Lm，Ls和Cs 一起參與諧振。實(shí)際電路中Lm>>Ls，因此，在這個(gè)階段可以認(rèn)為激磁電流和諧振電流都保持不變。
Pin12 加上 Vcc 電壓后，給Pin1(CSS)外接電容 C13 充電，此時(shí) C13 可視為短路，R36 與R32 并聯(lián)，電阻減少，L6599 的振蕩頻率升高，電源功率下降，當(dāng) C13 充滿電時(shí)，此時(shí) C13 可視為開路，振蕩頻率由R32 決定，振蕩頻率降低，電源輸出正常，由此實(shí)現(xiàn)變頻軟啟動(dòng)功能。同時(shí)，VDC 通過R20、 R21、 R22 串聯(lián)電阻及 R30分壓輸入 Pin7(Line)，R30 上并聯(lián)的電容用來旁路噪聲干擾。
Pin7(Line)電壓低于 1.25V 關(guān)閉IC，高于 1.25V低于 6V時(shí)，IC正常工作，通過對(duì) VDC 的電壓檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)欠壓保護(hù)功能。
IC 完成軟啟動(dòng)后，內(nèi)部振蕩器開始振蕩，在 Pin15(HVG)與 Pin11(LVG)輸出如圖所示的兩個(gè)占空比接近 50%的脈沖，驅(qū)動(dòng) MOS管開始工作。
次級(jí)電壓通過取樣電阻加在光耦（PC2）內(nèi)發(fā)光管上，并與U402（TL431）的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，U402的穩(wěn)壓值由上偏電阻 R428和并聯(lián)的下偏電阻R429、R430 決定，穩(wěn)壓值由此公式算得：
Vo=[R428/R29//R430+1]*1.5V
當(dāng)負(fù)載由滿載轉(zhuǎn)向空載時(shí)，引起輸出電壓上升，ICS1（TL431）1腳的電壓將上升，而1腳的電壓是穩(wěn)定在 2.5V 的，這將引起 3-2腳間流過的電流增大，光耦（PC2）內(nèi)發(fā)光二極管的電流增大，光耦內(nèi)光敏三級(jí)管流過的電流也增大，光敏三級(jí)管相當(dāng)于一個(gè)可變電阻，此時(shí)內(nèi)光敏管電阻變小，引起 IC 振蕩頻率升高，使輸出電壓下降，反之，當(dāng)負(fù)載由空載轉(zhuǎn)向滿載時(shí)，輸出電壓降低，必然引起 IC 振蕩頻率降低，調(diào)節(jié)輸出電壓升高，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)壓的目的。
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