LLC諧振轉(zhuǎn)換器可提升DC-DC效率

表1：參考設(shè)計(jì)規(guī)范可滿足許多電信電源的需求。

dsPIC33FJ GS為諧振轉(zhuǎn)換器提供了數(shù)字計(jì)算功能。其40MIPS的性能和智能電源外設(shè)使其成為這一應(yīng)用的理想選擇。外設(shè)包括高速PWM(16位，周期分辨率為1ns)和可相移的輸出等。

參考設(shè)計(jì)中的開關(guān)電路使用半橋拓?fù)?，因此，半橋電壓?V與Vd=400Vdc標(biāo)稱值之間擺動(dòng)。諧振回路由電容、電感和隔離變壓器的磁化電感組成。由于設(shè)計(jì)使用變壓器的磁化電感，因而無(wú)需使用外部電感，降低了系統(tǒng)成本。該設(shè)計(jì)也可將變壓器的漏電感用作次級(jí)電感，無(wú)需另外添加外部電感，從而節(jié)省更多成本。

如果將諧振回路正確調(diào)整到開關(guān)頻率，諧振回路將對(duì)基波頻率呈現(xiàn)有限阻抗，而對(duì)所有其他諧波頻率呈現(xiàn)非常高的阻抗?；芈返淖杩箷?huì)使電壓與電流之間發(fā)生相移，從而允許進(jìn)行零電壓開關(guān)。初級(jí)MOSFET的零電壓開關(guān)如圖4所示。

圖4：在該參考設(shè)計(jì)中，由于諧振回路電流與MOSFET電壓存在相移，半橋MOSFET開關(guān)沒(méi)有任何導(dǎo)通損耗。

設(shè)計(jì)次級(jí)側(cè)時(shí)采用同步整流器代替二極管，以降低次級(jí)側(cè)的導(dǎo)通損耗。這可以減小正向電阻(Rf)和二極管正向電壓產(chǎn)生的損耗。圖5給出了同步整流器的開關(guān)波形。

圖5：為消除次級(jí)側(cè)(同步)整流器的關(guān)斷損耗，在MOSFET電流達(dá)到零后增大MOSFET的漏源電壓。圖注與圖4相同，即綠線=MOSFET柵源電壓，紫線=MOSFET漏源電壓，黃線=MOSFET電流

對(duì)于同步整流，數(shù)字控制執(zhí)行MOSFET開關(guān)無(wú)需在次級(jí)側(cè)采用電流檢測(cè)電路。這使得全波整流器設(shè)計(jì)的效率提高并且成本降低。圖6給出了負(fù)載電流范圍內(nèi)的效率。額外的好處包括提高了補(bǔ)償器設(shè)計(jì)的靈活性，因?yàn)镈SC還實(shí)現(xiàn)了占空比控制的軟啟動(dòng)。

圖6：LLC在兩個(gè)不同工作電壓輸入下的效率顯示了其對(duì)輸入電壓的不敏感性。輸出負(fù)載電流低于2A時(shí)，實(shí)現(xiàn)了超過(guò)80%的效率。負(fù)載更高時(shí)，最大效率為95%，而且輸出負(fù)載電流從7到17A時(shí)效率曲線極其平坦。

由于可以通過(guò)易于重復(fù)編程的軟件實(shí)現(xiàn)電源轉(zhuǎn)換控制，數(shù)字解決方案使設(shè)計(jì)人員可以自由地創(chuàng)新并輕松修改或調(diào)整他們的設(shè)計(jì)。除了能夠增加經(jīng)濟(jì)高效、創(chuàng)造價(jià)值的新功能，精確的數(shù)字控制還可以提高電源的可靠性。使用參考設(shè)計(jì)可以縮短開發(fā)時(shí)間和上市時(shí)間并緩解從設(shè)計(jì)之初就可能出現(xiàn)的制造問(wèn)題。

本文小結(jié)

LLC諧振轉(zhuǎn)換器的性能優(yōu)勢(shì)使得該設(shè)計(jì)方法成為了中、大功率電信應(yīng)用提高能效的理想選擇。同時(shí)，增加數(shù)字控制也為電子系統(tǒng)提供了設(shè)計(jì)人員期待的設(shè)計(jì)靈活性、高性能和高可靠性。為了輕松實(shí)現(xiàn)上述兩點(diǎn)，參考設(shè)計(jì)提供最簡(jiǎn)單的方法來(lái)評(píng)估系統(tǒng)和縮短上市時(shí)間，或者更恰當(dāng)?shù)卣f(shuō)，縮短達(dá)到更高效率的時(shí)間。