【電路精選】電源諧振半橋轉(zhuǎn)換電路分析-KIA MOS管

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，因為它有更強(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)計過程相似，當(dāng)設(shè)計LLC-SRC時，第一個步驟是選擇滿負(fù)載情況下所需的工作頻率。剩下的步驟就不同了，因為諧振轉(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)計流程圖。

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LLC諧振半橋變換器時，請謹(jǐn)記：

任何時候，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的效率只能在一個操作點進(jìn)行優(yōu)化。

當(dāng)fsw= fo時，串聯(lián)Lr和Cr變成零阻抗?fàn)顟B(tài)（圖4）；該轉(zhuǎn)換器在那個點具有最高的效率。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。

分體諧振電容相較于單個諧振電容而言，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、廉價的過載保護(hù)時，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個電感（勵磁電感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，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)計者提高設(shè)計的靈活性，令設(shè)計人員可以靈活設(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)。

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