LLC諧振回路電流 (tank current) 分析與測(cè)量之一

在許多應(yīng)用中，都要求前端轉(zhuǎn)換器具備寬輸入電壓范圍和高效率。由于在寬輸入電壓范圍時(shí)效率較低，因此大多數(shù)PWM DC-DC轉(zhuǎn)換器都不能滿足這些要求。因其電壓增益特性和小開關(guān)損耗特點(diǎn)，人們提出使用LLC來(lái)實(shí)現(xiàn)高效率和寬輸入電壓范圍要求「1」。這篇應(yīng)用報(bào)告為您介紹對(duì)LLC諧振回路電流的分析。文章討論和比較了功率電阻、電流變換器和電流探針三種電流測(cè)量方法，并介紹了這些電流測(cè)量方法的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)和應(yīng)用情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論分析相一致。

1引言

LLC是前端DC-DC轉(zhuǎn)換器的最佳備選項(xiàng)，它可以滿足寬輸入電壓范圍和高效率要求。UCC25600專為使用諧振拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的DC/DC應(yīng)用而設(shè)計(jì)，特別是LLC半橋諧振轉(zhuǎn)換器。這種高度集成的控制器只有8支引腳，并使用小尺寸封裝，它可以極大簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)和布局，同時(shí)還可以縮短產(chǎn)品上市時(shí)間「2」。因此，我們把LLC半橋諧振轉(zhuǎn)換器作為一個(gè)例子，來(lái)分析諧振回路電流。

2諧振回路電流分析

圖1為一個(gè)LLC諧振半橋轉(zhuǎn)換器電路。

S1和S2為一次MOSFET. CS1和CS2為MOSFET漏極和源極之間的寄生電容器。

DS1和DS2為MOSFET的體二極管。

Lr和Cr為諧振電感器和諧振電容器。

Lm為變壓器的磁電感器。

n為一次和二次線圈的匝數(shù)比二次整流器包含D1和D2. CO為輸出電容器。

RL為負(fù)載。

Vin為輸入電壓，而VO則為輸出電壓。

圖1 LLC諧振半橋轉(zhuǎn)換器

LLC諧振轉(zhuǎn)換器共有2個(gè)諧振頻率：一個(gè)由Lr和Cr產(chǎn)生，如方程式1所示；另一個(gè)由Lr、Lm和Cr產(chǎn)生，如方程式2所示。一般而言，按照設(shè)計(jì)，正常輸入電壓時(shí)LLC工作在fr頻率下，從而實(shí)現(xiàn)最佳效率。開關(guān)頻率大于fr.一次MOSFET的ZVS可以實(shí)現(xiàn)，但是二次二極管的ZCS無(wú)法實(shí)現(xiàn)；它被稱作LC串聯(lián)諧振。當(dāng)開關(guān)頻率低于fr但高于fm時(shí)，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)ZVS和ZCS.由于某個(gè)時(shí)間內(nèi)會(huì)出現(xiàn)Lr、Lm和Cr諧振，因此它被稱作LLC串聯(lián)諧振。在參考文獻(xiàn)「3」中，大部分負(fù)載范圍的開關(guān)頻率均低于fr，因此本應(yīng)用報(bào)告會(huì)對(duì)頻率低于fr的工作情況進(jìn)行分析。

圖2為fmfsfr的波形，半周期被劃分為四部分。考慮到t2至t3的電壓峰值，該周期情況如下圖所示。所有方程式表明了功率參數(shù)的關(guān)系。


圖 2 fmfsfr的波形

可以把它看作是一個(gè)DC電壓源。圖3顯示了一個(gè)簡(jiǎn)化版電路。

圖 3 t2tt3的簡(jiǎn)化版電路

所有參數(shù)如方程式3和4所示，諧振頻率等于方程式5。由于Ceq，fr3遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于fr1和fr2。



我們對(duì)該周期內(nèi)諧振回路電流值的變化進(jìn)行研究，因此要求一個(gè)方程式來(lái)描述時(shí)域諧振回路電流。該周期的實(shí)際開始時(shí)間為t2，結(jié)束時(shí)間為t3。為了簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)

一般而言，諧振回路電流分析常常會(huì)忽略?iLr，因?yàn)樗闹敌∮谥C振回路電流的峰值，并且這種過(guò)渡周期遠(yuǎn)短于開關(guān)周期。但是，這種短過(guò)渡周期會(huì)給測(cè)量電路帶來(lái)噪聲。前述方程式可以驗(yàn)證測(cè)量結(jié)果是否為真。當(dāng)為假時(shí)，應(yīng)改進(jìn)測(cè)量電路。