LLC架构属于双管半桥谐振,由谐振电感、励磁电感和谐振电容串联,采用零电压开关(ZVS)软开关技术,具有工作频率高、损耗小、效率高、体积小的优点,可提高充电器功率密度。其谐振操作可实现全负载范围的软开关,减小开关损耗。从而成为高频和高功率密度设计的理想选择,适合固定电压输出,EMI特性更好。传统反激架构在开关管关闭的瞬间,变压器漏感生成的谐振尖峰需要RCD吸收电路来吸收,这会在一定程度上降低转换效率,以及开关损耗也会降低转换效率,从而不适合更大功率输出。
优点: LLC变换器原边MOSFET ZVS 开通,输出二极管ZCS 关断,没有反向恢复问题,开关损耗小。适合应用于高频化,高功率密度设计。
缺点: LLC变换器仅在谐振点附近效率较高,不适合应用于宽输入电压范围,往往应用于前级带PFC 的场合。正常工作在谐振点附近,仅当输入关断时工作在宽输入,以获得较长的保持时间。
通过改变输入谐振回路的方波电压频率可以稳定转换器的输出电压:由于工作区域为电压增益特性的感性部分,所以,当输出功率减小或者输入电压增加时,通过提高工作频率来稳定输出电压。考虑到这个问题,如果转换器工作点与load-independent point很接近,那么输出电压的稳定将会与宽负载变化相逆,相应地开关频率变化范围也会很小。明显地,输入电压范围越宽,则工作频率范围也会相应地变的更宽,因此,很难对电路进行优化设计。这也是目前所有的谐振拓扑结构中普遍存在的缺点。一般来说,大功率场合一般都有一级PFC电路。对于宽电压输入(85Vac~264Vac),经过PFC之后都会升压到400V,且变化范围不大(10%~15%)。所以对于前端有PFC的LLC电路来讲,LLC输入电压的波动很小,因此上述问题不是很严重。
工作电压变化范围是:最小工作电压由PFC pre-regulator 持续能力决定(hold-up capability)during mains dips;最大工作电压由OVP线路的门限值决定。因此,当输入电压在正常值时,谐振转换器可以在load-independent point优化设计,而最小输入电压during mains dips交给谐振腔自身的提升能力处理,如工作点低于谐振点。
100W LLC DC-DC转换器应用設計:
规格如下
使用LLC谐振电路方法产生12 V输出。LLC谐振电路交替打开/关闭主电路上的高侧MOSFET和低侧MOSFET,占空比为50%,并根据负载调整开启/关闭频率控制输出电压。当高侧MOSFET和低侧MOSFET切换时,提供死区时间以防止穿透现象。然而,在此期间,由于谐振操作零电压开关(ZVS),降低开关损耗并实现了高效率的电源。
参数设计:
最小开关频率(fPWM_min)设置为50 kHz
最大开关频率(fPWM_max)设置为430 kHz
变压器设计如下:
绕组比n=1
励磁电感Lm=6.97μH
寄生电感Lr=0.78μH
谐振电容Cr=4.7μH
下图显示在上述条件下开关频率和电压增益之间的关系:
输出电容值Cout可以设置为满足输出纹波电压(Vripple)和纹波电流的要求。如果输出电压纹波(Vripple)为100 mV,且最大负载为Imax,则输出所需的ESR为
当Imax为8.4 A时,ESR为7.6 mΩ。
流经输出电容器的纹波电流的RMS值(IC_rms)通过以下公式计算:
输出电容的选择必须符合上述ESR和(IC_rms)规范。
同时须注意以下几点:
- 负载突然变化时,输出电压会出现骤升和骤降,需确保能在规定的电压范围内。
- 确保输出纹波电流范围。
- 需考虑输出电容值的误差和老化现象。
量测效率:
东芝产品:
TPN7R504PL ( MOSFET )
規格書 :
TPN7R504PL
应用:
● DC-DC转换器
● 电机驱动器
特性:
● 开关速度快
● 门极和输出电荷电荷小 : QSW = 6.0 nC (typ.), Qoss = 16 nC (typ.)
● 漏源导通电阻低 RDS(ON) = 5.6 mΩ (typ.) (VGS = 10 V)
● 漏电流小 IDSS = 10µA (max) (VDS = 40 V)
主要规格:
TPH1R204PL ( MOSFET )
規格書 :
TPH1R204PL
应用:
● DC-DC转换器
● 电压调节器
特性:
● 开关速度快
● 门极和输出电荷电荷小 QSW = 17 nC (typ.),Qoss = 56 nC (typ.)
● 漏源导通电阻低 RDS(ON) = 1.0 mΩ (typ.) (VGS = 10 V)
● 漏电流小 : IDSS = 10µA (max) (VDS = 40 V)
主要规格:
TLP785 ( Photocoupler )
規格書 :
TLP785
应用:
● 办公设备
● 家用电器
● 开关电源
特性:
● 具有高耐压性,隔离电压5000 Vrms (min)
● 集极-射极电压;80 V (min)
● 电流传输率:50% (min)
主要规格:
评论