在LLC系列諧振轉(zhuǎn)換器盒之外的思考-設(shè)計(jì)應(yīng)用

精品文檔-下載后可編輯在LLC系列諧振轉(zhuǎn)換器盒之外的思考-設(shè)計(jì)應(yīng)用電源行業(yè)廣泛應(yīng)用如圖1所示的LLC串聯(lián)諧振轉(zhuǎn)換器(LLC-SRC)，它帶有兩個(gè)諧振電感器（兩個(gè)“L”：Lm和Lr）和一個(gè)諧振電容器（一個(gè)“C”：Cr)作為低成本、高效率的隔離式功率級(jí)。LLC-SRC具有軟開關(guān)特性，無需復(fù)雜的控制方案。其軟開關(guān)特性允許使用具有較低額定電壓的組件，并提供高轉(zhuǎn)換器效率。與用于其他軟開關(guān)拓?fù)洌ㄈ缫葡嗳珮蜣D(zhuǎn)換器）的控制器相比，其簡單的控制方案——具有固定50%占空比的可變頻率調(diào)制——需要更低的控制器成本。

圖1LLC-SRC

盡管LLC-SRC可以實(shí)現(xiàn)比硬開關(guān)反激和正激轉(zhuǎn)換器高得多的效率，但如果您想獲得ZJ效率，仍然存在一些設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。首先，在LLC-SRC設(shè)計(jì)中，兩個(gè)諧振電感的比率（Lm與Lr之比）可能必須小于10，以便提供足夠?qū)挼目煽胤秶?。同時(shí)，您將需要Lm上的大電感來降低循環(huán)電流——這意味著您需要保持Lr電感大以保持低諧振電感比。

有趣的是，串聯(lián)諧振電感器Lr中的電流完全是交流電，沒有任何直流成分——這意味著磁通密度變化很大（ΔB很高）。高ΔB意味著與交流相關(guān)的電感器損耗高。如果電感器繞在基于鐵氧體的磁芯上，磁芯氣隙附近的邊緣效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致較高的繞組損耗。

Lr上的大電感意味著更多的電感和更高的交流繞組損耗。這就是為什么許多LLC-SRC設(shè)計(jì)將粉鐵基磁芯應(yīng)用于諧振電感器，以在繞組損耗和磁芯損耗之間進(jìn)行權(quán)衡。然而，高ΔB會(huì)在諧振電感器上產(chǎn)生相當(dāng)大的損耗——要么是高繞組損耗，要么是高磁芯損耗。

LLC-SRC設(shè)計(jì)中的第二個(gè)挑戰(zhàn)是如何ZH地優(yōu)化同步整流器(SR)控制。LLC-SRC整流器電流傳導(dǎo)時(shí)序取決于負(fù)載條件和開關(guān)頻率。LLC-SRCSR控制Z有前途的方法是檢測(cè)SR場效應(yīng)晶體管(FET)漏源電壓(VDS)并在VDS低于或高于特定電平時(shí)打開和關(guān)閉SR。在VDS感測(cè)方法需要毫伏級(jí)的JD，因此只能在集成電路中實(shí)現(xiàn)。自驅(qū)動(dòng)或其他低成本SR控制方案不適用于LLC-SRC，因?yàn)樗鼈兊碾娏黟侂婋娙萜髫?fù)載輸出配置。因此，LLC-SRCSR控制器電路的成本通常高于其他拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的成本。

為了解決這兩個(gè)挑戰(zhàn)——高電感器損耗和SR控制——并且仍然利用諧振轉(zhuǎn)換器可以提供的大部分優(yōu)勢(shì)，請(qǐng)考慮使用改進(jìn)的CLL多諧振轉(zhuǎn)換器(CLL-MRC)

與所有三個(gè)諧振元件（一個(gè)電容器和兩個(gè)電感器）都在輸入側(cè)的CLL-MRC不同，改進(jìn)的CLL-MRC將一個(gè)電感器從輸入側(cè)移動(dòng)到輸出側(cè)，并將電感器放置在整流器之后–Lo，如圖2所示。這種修改允許諧振電感器上存在直流電流，這意味著較小的ΔB和可能較低的磁損耗。

在輸出端有一個(gè)電感器也會(huì)將輸出配置從電流饋電電容器負(fù)載配置更改為電壓饋電電感器負(fù)載配置。電壓饋電電感負(fù)載配置可實(shí)現(xiàn)低成本SR控制方案，因?yàn)槟梢詫㈦姼须妷河糜诟袦y(cè)信號(hào)。

改進(jìn)的CLL-MRC的操作，其中fsw是轉(zhuǎn)換器開關(guān)頻率，fr1={2π[Cr(Lr1//Lr2)]0.5}-1是兩個(gè)諧振頻率之一。當(dāng)fsw低于fr1，輸出繞組電流在開關(guān)周期結(jié)束前降至零，就像LLC-SRC中的輸出繞組電流一樣?，F(xiàn)在你在輸出端有一個(gè)電感。一個(gè)簡單的電容器和電阻器組可以檢測(cè)輸出電感器電壓。每次發(fā)生較大的電壓變化率(dV/dt)時(shí)，就是開啟或關(guān)閉SR的時(shí)機(jī)。因此，SR控制方案的成本低于VDS感測(cè)方案。

當(dāng)fsw高于fr1時(shí)，輸出電感電流工作在連續(xù)導(dǎo)通模式。換句話說，ΔB變小，電感交流損耗可以小得多，轉(zhuǎn)換器效率可能比LLC-SRC更高。

為了驗(yàn)證這些性能假設(shè)，我構(gòu)建了具有完全相同組件和參數(shù)的LLC-SRC和改進(jìn)的CLL-MRC功率級(jí)。WY的區(qū)別是使用72μH電感器作為LLC-SRC諧振電感器，使用1μH電感器作為改進(jìn)的CLL-MRC輸出電感器。

顯示了兩個(gè)功率級(jí)的效率測(cè)量結(jié)果。在較低的輸入電壓下，fsw小于fr1-因此修改后的CLL-MRC中的Lo電流仍處于不連續(xù)導(dǎo)通模式，具有較大的ΔB。因此，在這種操作條件下，改進(jìn)的CLL-MRC沒有效率優(yōu)勢(shì)。

當(dāng)輸入電壓升高時(shí)，fsw高于fr1并且Lo電流處于連續(xù)導(dǎo)通模式。使用430V輸入時(shí)，改進(jìn)后的CLL-MRC的效率比LLC-SRC高1%。此比較表明，如果您將改進(jìn)的CLL-MRC設(shè)計(jì)為始終在高于fr1的頻率下運(yùn)行，則其效率性能在整個(gè)范圍內(nèi)可能優(yōu)于LLC-SRC。

不同輸入電壓電平下的轉(zhuǎn)換器效率：修改后的（頂部）CLL-MRC；（