LLC谐振半桥工作原理

LLC谐振半桥简介

在传(chuan)统的(de)开(kai)(kai)关(guan)(guan)电源中，通(tong)常采(cai)用(yong)磁性元件实现滤波(bo)，能量(liang)储(chu)存和(he)传(chuan)输。开(kai)(kai)关(guan)(guan)器件的(de)工作(zuo)频率(lv)越高(gao)，磁性元件的(de)?尺(chi)寸就(jiu)可以越小(xiao)，电源装置(zhi)的(de)小(xiao)型化、轻量(liang)化和(he)低成本化就(jiu)越容易实现。但是，开(kai)(kai)关(guan)(guan)频率(lv)提高(gao)会相应的(de)提升(sheng)开(kai)(kai)关(guan)(guan)器件的(de)开(kai)(kai)关(guan)(guan)损耗，因此(ci)软开(kai)(kai)关(guan)(guan)技术(shu)应运而生。

要(yao)实(shi)现理想的(de)软开关，最好的(de)情况是使开关在(zai)电压和(he)电流(liu)同时为零(ling)时关断(duan)和(he)开通(ZVS，ZCS)，这样损耗(hao)才会真正为零(ling)。要(yao)实(shi)现这个目标(biao)，必(bi)须采用谐振技术。

LLC串联谐振电路

根(gen)据电(dian)路(lu)原理，电(dian)感电(dian)容(rong)串(chuan)联或(huo)并(bing)联可以构成(cheng)谐(xie)振(zhen)(zhen)电(dian)路(lu)，使得(de)在电(dian)源(yuan)为直流(liu)电(dian)源(yuan)时，电(dian)路(lu)中得(de)电(dian)流(liu)按照正(zheng)弦规?律变化(hua)。由于电(dian)流(liu)或(huo)电(dian)压按正(zheng)弦规律变化(hua)，存在过零(ling)点，如(ru)(ru)果此时开关器件开通(tong)或(huo)关断，产生的损耗就(jiu)为零(ling)。下边就(jiu)分析目前所(suo)使用的LLC谐(xie)振(zhen)(zhen)半(ban)桥电(dian)路(lu)。基本(ben)电(dian)路(lu)如(ru)(ru)下图所(suo)示：

其中Cr，Lr，Lm构(gou)成谐振腔（Resonant?tank），即所谓的(de)(de)LLC，Cr起隔直(zhi)电(dian)容的(de)(de)作用，同时平衡变压器(qi)磁通，防止饱(bao)和。

LLC电路特征

（1）变频控制

（2）固定占空比50％

（3）在(zai)(zai)开关管轮替导(dao)通之(zhi)间存在(zai)(zai)死区时间（Dead?Time），因(yin)此(ci)Mosfet可以零电(dian)压开通（ZVS）,二(er)次侧Diode可以零点流关断(duan)，因(yin)此(ci)二(er)极(ji)管恢复损耗很小

（4）高效率，可以达到(dao)92％+

（5）较小(xiao)的(de)输出涟波，较好的(de)EMI

LLC谐振半桥工作原理

上图(tu)分别给出(chu)了 LLC 谐振(zhen)变(bian)换器(qi)的(de)(de)电(dian)(dian)路图(tu)和工作波形。图(tu)1中(zhong)包括两个(ge)(ge)功率 MOSFET（S1 和S2），其占空比(bi)都为0.5；谐振(zhen)电(dian)(dian)容 Cs，副边匝数相等的(de)(de)中(zhong)心抽头变(bian)压器(qi) Tr，Tr 的(de)(de)漏感(gan)(gan)Ls，激磁电(dian)(dian)感(gan)(gan) Lm，Lm 在(zai)某个(ge)(ge)时间段也是(shi)一个(ge)(ge)谐振(zhen)电(dian)(dian)感(gan)(gan)，因(yin)此，在(zai) LLC谐振(zhen)变(bian)换器(qi)中(zhong)的(de)(de)谐振(zhen)元件主要由以(yi)上3个(ge)(ge)谐振(zhen)元件构成，即(ji)谐振(zhen)电(dian)(dian)容 Cs，电(dian)(dian)感(gan)(gan) Ls 和激磁电(dian)(dian)感(gan)(gan) Lm；半桥全波整流二极管 D1 和 D2，输(shu)出(chu)电(dian)(dian)容 Cf。LLC 变(bian)换器(qi)的(de)(de)稳态工作原理如下：

（1）（t1，t2）当(dang)t=t1 时，S2 关断(duan)，谐(xie)振(zhen)电(dian)(dian)流给S1的寄生(sheng)电(dian)(dian)容放电(dian)(dian)，一直到S1上的电(dian)(dian)压(ya)为零，然后S1 的体内二级管导通(tong)。此阶段D1导通(tong)，Lm上的电(dian)(dian)压(ya)被输出(chu)电(dian)(dian)压(ya)钳位(wei)，因此，只有Ls和Cs参与谐(xie)振(zhen)。

（2）（t2，t3）当t=t2 时，S1在零电(dian)(dian)压的条件(jian)下导(dao)通，变(bian)压器原边(bian)承受正向电(dian)(dian)压；D1继续导(dao)通，S2及D2 截(jie)止。此时 Cs和Ls参与谐振(zhen)(zhen)，而(er)Lm不参与谐振(zhen)(zhen)。

（3）（t3，t4）当t=t3 时，S1仍然导通，而 D1与(yu)D2 处于关断状态，Tr 副边与(yu)电路(lu)脱开，此时Lm，Ls和 Cs 一起(qi)参与(yu)谐(xie)振(zhen)。实际电路(lu)中 Lm>>Ls,因此，在这(zhei)个阶段可以认为激磁电流和谐(xie)振(zhen)电流都保持不变(bian)。

（4）（t4，t5）当(dang)t=t4 时(shi)，S1关断，谐(xie)振电(dian)流给S2的寄(ji)生电(dian)容放电(dian)，一直到S2上的电(dian)压为零(ling)，然后S2 的体内二级管导(dao)通。此阶段(duan) D2 导(dao)通，Lm 上的电(dian)压被输(shu)出电(dian)压钳(qian)位，因此，只有 Ls 和Cs 参与(yu)谐(xie)振。

（5）（t5，t6）当t=t5 时，S2 在零电(dian)(dian)压(ya)(ya)的条件(jian)下(xia)导通，Tr 原边承受反向电(dian)(dian)压(ya)(ya)；D2继续导通，而(er)S1和D1 截止(zhi)。此时仅 Cs和Ls 参(can)与(yu)谐(xie)振，Lm上的电(dian)(dian)压(ya)(ya)被输出电(dian)(dian)压(ya)(ya)箝位，而(er)不参(can)与(yu)谐(xie)振。

（6）（t6，t7）当 t=t6 时(shi)，S2仍然(ran)导通(tong)，而D1和(he)(he)D2处于关断(duan)状态，Tr 副边与(yu)电路脱(tuo)开(kai)，此(ci)时(shi) Lm，Ls和(he)(he)Cs 一起参(can)与(yu)谐振。实际电路中Lm>>Ls，因(yin)此(ci)，在这(zhei)个阶(jie)段可(ke)以认(ren)为激磁电流(liu)和(he)(he)谐振电流(liu)都保持(chi)不变。

L6599的软启动电路

Pin12 加上 Vcc 电(dian)(dian)(dian)压后(hou)，给Pin1(CSS)外(wai)接电(dian)(dian)(dian)容 C13 充(chong)电(dian)(dian)(dian)，此(ci)时 C13 可(ke)视(shi)为短路(lu)(lu)，R36 与(yu)R32 并(bing)联，电(dian)(dian)(dian)阻(zu)减少，L6599 的(de)振(zhen)荡(dang)(dang)频率(lv)升高，电(dian)(dian)(dian)源功率(lv)下降，当 C13 充(chong)满(man)电(dian)(dian)(dian)时，此(ci)时 C13 可(ke)视(shi)为开路(lu)(lu)，振(zhen)荡(dang)(dang)频率(lv)由R32 决定，振(zhen)荡(dang)(dang)频率(lv)降低，电(dian)(dian)(dian)源输(shu)出正常，由此(ci)实现变频软启(qi)动功能。同时，VDC 通过(guo)R20、 R21、 R22 串联电(dian)(dian)(dian)阻(zu)及 R30分压输(shu)入(ru) Pin7(Line)，R30 上并(bing)联的(de)电(dian)(dian)(dian)容用来旁路(lu)(lu)噪声干扰。

Pin7(Line)电压(ya)低于 1.25V 关闭IC，高(gao)于 1.25V低于 6V时，IC正常(chang)工作，通(tong)过对 VDC 的(de)电压(ya)检测，实现欠压(ya)保护功(gong)能。

IC 完成软启动(dong)后，内部振(zhen)荡器(qi)开始(shi)振(zhen)荡，在 Pin15(HVG)与 Pin11(LVG)输出如图所示的(de)(de)两(liang)个占空比接(jie)近 50%的(de)(de)脉冲，驱动(dong) MOS管开始(shi)工作。

FSFR1700XS稳压原理

次级电(dian)压通过取样电(dian)阻(zu)(zu)加在(zai)光耦（PC2）内发光管上，并与(yu)U402（TL431）的基(ji)准电(dian)压进行比较，U402的稳压值由(you)上偏电(dian)阻(zu)(zu) R428和并联(lian)的下(xia)偏电(dian)阻(zu)(zu)R429、R430 决(jue)定，稳压值由(you)此公式算得：

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

当(dang)负载由满载转向(xiang)空载时(shi)，引(yin)起(qi)(qi)输(shu)出(chu)电(dian)(dian)(dian)压上(shang)升(sheng)，ICS1（TL431）1脚(jiao)(jiao)的(de)(de)电(dian)(dian)(dian)压将上(shang)升(sheng)，而(er)1脚(jiao)(jiao)的(de)(de)电(dian)(dian)(dian)压是稳定在 2.5V 的(de)(de)，这将引(yin)起(qi)(qi) 3-2脚(jiao)(jiao)间流过的(de)(de)电(dian)(dian)(dian)流增大，光耦（PC2）内发光二(er)极管的(de)(de)电(dian)(dian)(dian)流增大，光耦内光敏(min)三(san)(san)级管流过的(de)(de)电(dian)(dian)(dian)流也(ye)增大，光敏(min)三(san)(san)级管相(xiang)当(dang)于一(yi)个可变电(dian)(dian)(dian)阻(zu)，此(ci)时(shi)内光敏(min)管电(dian)(dian)(dian)阻(zu)变小，引(yin)起(qi)(qi) IC 振荡(dang)频(pin)率升(sheng)高(gao)，使(shi)输(shu)出(chu)电(dian)(dian)(dian)压下降，反之，当(dang)负载由空载转向(xiang)满载时(shi)，输(shu)出(chu)电(dian)(dian)(dian)压降低，必然引(yin)起(qi)(qi) IC 振荡(dang)频(pin)率降低，调节(jie)输(shu)出(chu)电(dian)(dian)(dian)压升(sheng)高(gao)，实现了稳压的(de)(de)目的(de)(de)。

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