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現(xiàn)濾波，能量儲存和傳輸。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現(xiàn)。但是，開關(guān)頻率提高會相應(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)在電壓和電流同時為零時關(guān)斷和開通(ZVS，ZCS)，這樣損耗才會真正為零。要實現(xiàn)這個目標(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，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，如果此時開關(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)時間（Dead?Time），因此Mosfet可以零電壓開通（ZVS）,二次側(cè)Diode可以零點流關(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 在某個時間段也是一個諧振電感，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，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，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 Cs和Ls參與諧振，而Lm不參與諧振。
（3）（t3，t4）當(dāng)t=t3 時，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Lm，Ls和 Cs 一起參與諧振。實際電路中 Lm>>Ls,因此，在這個階段可以認(rèn)為激磁電流和諧振電流都保持不變。
（4）（t4，t5）當(dāng)t=t4 時，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，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，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 Lm，Ls和Cs 一起參與諧振。實際電路中Lm>>Ls，因此，在這個階段可以認(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 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，此時 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，由此實現(xiàn)變頻軟啟動功能。同時，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，IC正常工作，通過對 VDC 的電壓檢測，實現(xiàn)欠壓保護(hù)功能。
IC 完成軟啟動后，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占空比接近 50%的脈沖，驅(qū)動 MOS管開始工作。
次級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，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)光敏三級管流過的電流也增大，光敏三級管相當(dāng)于一個可變電阻，此時內(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，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，實現(xiàn)了穩(wěn)壓的目的。
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