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今天在進(jìn)行《磁性元件與開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)技術(shù)》企業(yè)內(nèi)訓(xùn)時(shí)；在開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)技術(shù)－LLC設(shè)計(jì)調(diào)試技巧中對(duì)LLC的關(guān)鍵技術(shù)及易發(fā)生故障的狀況進(jìn)行了分析；
LLC諧振電源如何實(shí)現(xiàn)ZVS應(yīng)用及設(shè)計(jì)技巧提供參考！
LLC諧振變換器的優(yōu)勢(shì)！電路分析架構(gòu)如下：
第一，電路結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，有較高的效率。
第二，它可以在整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)零電壓切換（ZVS）。所有寄生元件，包括所有半導(dǎo)體器件的結(jié)電容和變壓器的漏磁電感和激磁電感，都是用來(lái)實(shí)現(xiàn)ZVS 的，ZVS的實(shí)現(xiàn)具備的參數(shù)特性如何分解；首先看看電路的工作機(jī)理：
LLC架構(gòu)的穩(wěn)壓原理；將上述電路架構(gòu)進(jìn)行參數(shù)等效分析：
A．輸入電壓或負(fù)載（RL）變化時(shí)引起VR電壓變化
Zc＝1／sCr ZL＝sLr s＝2лf
B．回路中確定Cr＆Lr的參數(shù)：上述等效電路通過(guò)改變頻率使1／sCr＋sLr（1／2лfCr ＋ 2лfLr）與Rac的分壓相應(yīng)改變，最終維持負(fù)載電壓不變，即VR不變
當(dāng)上面是有固定輸入的PFC電壓設(shè)計(jì)時(shí)，系統(tǒng)的負(fù)載變化時(shí)會(huì)造成系統(tǒng)工作頻率的變化，當(dāng)負(fù)載增加時(shí)， MOSFET開(kāi)關(guān)頻率減小，當(dāng)負(fù)載減小時(shí)，開(kāi)關(guān)頻率增大。
其電路的特點(diǎn)：
1．LLC 諧振變換器可以在寬負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)關(guān)。
2． 能夠在輸入電壓和負(fù)載大范圍變化的情況下調(diào)節(jié)輸出，同時(shí)開(kāi)關(guān)頻率變化相對(duì)很小。
3． 諧振變換器采用頻率控制，上下管的占空比各近似為50％．電路工作沒(méi)有偶次諧波分量，有好的EMI特性。
4． 無(wú)需輸出電感，可以進(jìn)一步降低系統(tǒng)成本。
5． 對(duì)于低壓大電流設(shè)計(jì)如果輸出采用同步整流MOS，可以進(jìn)一步提升效率。
設(shè)計(jì)中對(duì)于諧振電容的最小值要求：
Cr電容充當(dāng)直流電源：存儲(chǔ)能量足以支撐Q2導(dǎo)通期間為負(fù)載提供能量
滿載功率為Pomax，最大輸入電壓Vinmax，電容存儲(chǔ)的能量＝直流電源的在Q1導(dǎo)通期間提供能量滿足如下公式要求：
Cr最小容值滿足：
通過(guò)對(duì)LLC變換器ZVS狀態(tài)下的模態(tài)分析：
在開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)刻，諧振槽路存儲(chǔ)的磁能必須大于兩個(gè)開(kāi)關(guān)管輸出電容完成一次充、放電所需的電能，表示為：
式中Imoff是Q1關(guān)斷時(shí)刻磁化電感Lm的電流；節(jié)點(diǎn)Va處的總電容Czvs
為了防止直通現(xiàn)象，需要在兩個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)之間增加一個(gè)死區(qū)時(shí)間Td，確保一個(gè)開(kāi)關(guān)管徹底關(guān)斷后才允許另一個(gè)開(kāi)關(guān)管開(kāi)啟！
為了達(dá)到ZVS，在兩個(gè)MOSFET輪換開(kāi)通之間存在死區(qū)時(shí)間TD。由于工作在感性區(qū)域，因此輸入電流滯后于輸入電壓，當(dāng)半周期結(jié)束時(shí)，諧振腔的電流Ir仍然在流入，這個(gè)電流可以消耗儲(chǔ)存在Czvs上的電荷，從而使節(jié)點(diǎn)Va點(diǎn)的電壓降為零，所以在另一個(gè)開(kāi)關(guān)MOS開(kāi)啟時(shí)為零電壓開(kāi)通。
在半周期結(jié)束時(shí)，諧振電流腔中的電流必須可以保證在TD時(shí)間內(nèi)，將Czvs的電荷消耗完，這就是ZVS的充分條件！ 滿足基本表達(dá)式如下：
通過(guò)表達(dá)式：減少Td意味著增加Imoff，使得開(kāi)關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗增加。上式就變?yōu)榇呕姼凶畲笾档南拗茥l件；
對(duì)于LLC 諧振電路來(lái)說(shuō)死區(qū)時(shí)間的初始電流：
LLC諧振變換器能夠?qū)崿F(xiàn)ZVS必須滿足：
通過(guò)上面的表達(dá)式，我們可以通過(guò)以下三種方式讓LLC實(shí)現(xiàn)ZVS．
第一， 增加IZVS．
第二， 增加死區(qū)時(shí)間。
第三， 減小等效電容Cds1＆Cds2或者器件的Coss．
在實(shí)際我們調(diào)試時(shí)發(fā)現(xiàn)，在開(kāi)機(jī)啟動(dòng)時(shí)LLC－諧振變換器啟動(dòng)時(shí)存在二極反向恢復(fù)硬開(kāi)關(guān)問(wèn)題；
LLC－諧振變換器啟動(dòng)時(shí)二極反向恢復(fù)／理論分析（如下示意圖參考）
LLC－諧振變換器啟動(dòng)時(shí)的二極反向恢復(fù)硬開(kāi)關(guān)問(wèn)題，如何改善？
由于LLC工作狀態(tài)是ZVS；建議盡量增大開(kāi)通電阻Rg1on＆Rg2on
LLC啟動(dòng)時(shí)上管的D1反向恢復(fù)回路通過(guò)設(shè)計(jì)高頻C 降低電流
我們是否還有更好的方法？當(dāng)然優(yōu)秀的LLC設(shè)計(jì)控制IC也會(huì)是不錯(cuò)的選擇的?。?/p>
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杜佐兵
杜佐兵老師在電子行業(yè)從業(yè)近20年，是國(guó)家電工委員會(huì)高級(jí)注冊(cè)EMC工程師，武漢大學(xué)光電工程學(xué)院、光電子半導(dǎo)體激光技術(shù)專家。目前專注于電子產(chǎn)品的電磁兼容設(shè)計(jì)、開(kāi)關(guān)電源及LED背光驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)。
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