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  • 電源諧振半橋轉換電路解析
    • 發布時間:2022-08-25 16:01:29
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    電源諧振半橋轉換電路解析
    在各種類型的諧振轉換器中,圖1的LLC串聯諧振轉換器(LLC-SRC)格外引人矚目,因為它有更強的輸出調節功能、更小的循環電流和更低的電路成本。
    半波整流器
    串聯諧振特性允許直流(DC)/DC LLC-SRC中的開關網絡(如圖2所示)擁有很寬范圍的零電壓開關(ZVS);因此,LLC-SRC能在前端電源應用中輕松實現超過94%的效率,并能在高開關頻率下運行。
    半波整流器
    和PWM轉換器的設計過程相似,當設計LLC-SRC時,第一個步驟是選擇滿負載情況下所需的工作頻率。剩下的步驟就不同了,因為諧振轉換器里沒有占空比因數。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諧振半橋轉換器的線性化電路)衍生而來的。
    圖3提供了LLC諧振半橋轉換器的簡單電路參數選擇過程。通過檢查增益曲線上的fn_min、fn_max位置,您就能設計出在所有輸入條件下開關網絡上均具有ZVS的高效LLC諧振半橋變換器。
    當設計LLC諧振半橋變換器時,請謹記:
    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體場效應晶體管(MOSFET)能保持ZVS狀態。LLC-SRC的效率只能在一個操作點進行優化。
    當fsw= fo時,串聯Lr和Cr變成零阻抗狀態(圖4);該轉換器在那個點具有最高的效率。您需要決定自己想優化的線路/負載條件,并確保您的開關頻率在那樣的條件下是諧振頻率。
    半波整流器
    等離子和液晶電視如今已經走入了千家萬戶,這兩種電器的開關電源設計比較特殊,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的環境下工作。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諧振轉換器擁有諸多的優勢。
    半波整流器
    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換器當中。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、布線簡單等優點。
    半波整流器
    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。當利用鉗位二極管(D3和D4)進行簡單、廉價的過載保護時,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轉換器中包含2個電感(勵磁電感Lm和串聯的諧振電感Ls)。根據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。其能夠幫助設計者提高設計的靈活性,令設計人員可以靈活設置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雜,并且繞組的冷卻條件變差,并需要組裝更多元件。
    半波整流器
    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,而初級和次級繞組之間存在較強的鄰近效應。
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