簡述LLC 串聯(lián)諧振變換器 FSFR2100的工作原理

諧振網(wǎng)絡(luò)通常由多個無源電感或電容組成，由于元件個數(shù)和連接方式上的差異，常見實用的諧振變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)大致分為兩類：一類是負(fù)載諧振型，另一類是開關(guān)諧振型。負(fù)載諧振型變換器是一種較早提出的結(jié)構(gòu)，注重電源電壓轉(zhuǎn)換比特性的改善，按照諧振元件的諧振方式可分為串聯(lián)諧振變換器、并聯(lián)諧振變換器以及兩者結(jié)合產(chǎn)生的串并聯(lián)諧振變換器。

串聯(lián)諧振：由于是串聯(lián)分壓方式，其直流增益總是小于1，類似BUCK變換器;輕載時為穩(wěn)住輸出電壓，必須提高開關(guān)頻率，在輕載或空載的情況下，輸出電壓不可調(diào)，輸入電壓升高使系統(tǒng)的工作頻率將越來越高于諧振頻率，而諧振頻率增加，諧振腔的阻抗也隨之增加，這就是說越來越多的能量在諧振腔內(nèi)循環(huán)而不傳遞到副邊輸出;但在負(fù)載串聯(lián)諧振中，流過功率器件的電流隨著負(fù)載變輕而減小，使通態(tài)損耗減小。

并聯(lián)諧振：輸出端可以開路但不能短路，會損壞諧振電容，并且過大的原邊回路電流對開關(guān)器件及電源都會產(chǎn)生沖擊;輕載時，不需通過大幅改變頻率來穩(wěn)住輸出電壓，與串聯(lián)諧振相比變換器工作范圍更大，可工作至空載;當(dāng)輕載時輸入電流變化不大，開關(guān)管的通態(tài)損耗相對固定，在輕載時的效率比較低，較為適合工作于額定功率處負(fù)載相對恒定的場合。

傳統(tǒng)的 LC 串聯(lián)諧振開關(guān)電源為了實現(xiàn)小型化，被迫提高其工作頻率。以減小濾波電感和開關(guān)變壓器的體積。但頻率的提高卻使開關(guān)損耗增加而效率下降，且開關(guān)噪聲變大。

LLC串聯(lián)諧振變換器主要采用電流諧振、只在開關(guān)從 ON 到 0FF 及 OFF 到 ON 期間是電壓諧振，其開關(guān)波形為正弦波，因而在給開關(guān)元件加上電壓時，不會流過大電流;而且利用開關(guān)元件的寄生電容實現(xiàn)零電壓開關(guān) (ZVS) ，可制成高頻、高效及噪聲極低的變換器。

傳統(tǒng) LC 串聯(lián)諧振變換器電路如圖 1 所示 ( 去掉 Lm) 。 Lr 為開關(guān)變壓器漏感， Cr 為諧振電容， Tr1 和 Tr2 分別用具有微小靜寂時間的 50 % N 占比驅(qū)動。由于在 h 與 Cr 的諧振頻率 f0 時，輸入輸出增益最大為 1 倍，為了穩(wěn)定輸出電壓，有必要提高工作頻率。但在理論上?？蛰d時須將頻率提高到無限大，才能穩(wěn)定工作。這是 LC 串聯(lián)諧振變換器的缺點。

增加 Lm 就是 LLC 串聯(lián)諧振變換器電路。與 LC 串聯(lián)諧振變換器不同，在開關(guān)變壓器的一次側(cè)并聯(lián)了小電感量的勵磁電感 Lm ， Lm 的電感量僅是漏感 Lr 的 3-8 倍;此外，變壓器的磁芯留有氣隙，以適應(yīng)小的勵磁電感。

FSFR2100 是單片 LLC 串聯(lián)諧振變換器 IC ，包含了 LLC 串聯(lián)諧振變換器的全部功能：內(nèi)部 FET 的 VDs=600V .導(dǎo)通電阻 0 . 32 Ω，體二極管的 tn=120ns ?！耢o寂時間為固定的 350ns ?！窆ぷ黝l率 300kHz 以上?！窨沙炭氐妮p負(fù)載周期跳躍工作?！窭?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/控制">控制端 (CON) 可遙控 ON / OFF 。●輸入過電壓保護(hù)?！襁^電流保護(hù) ( 檢出電壓 0 . 6V) ?！駸釗舸┻^電流保護(hù)電路 ( 檢出電壓 0 . 9V) ?！襁^熱保護(hù)電路?！褡罡摺⒆畹凸ぷ黝l率設(shè)定。●保證穩(wěn)定輸出的頻率控制。

FSFR 2100 的①腳 (VDL) 為內(nèi)部 FET 漏極電壓端;②腳 (CON) 為控制端， 0 . 4V 以下停止工作， 0 . 6V 以上正常工作，與光電耦合器連接可實現(xiàn)周期跳躍工作;③腳 (RT) 為頻率控制端，利用光電耦合器恒壓控制。以及最高、最低頻率和軟啟動設(shè)定;④腳 (CS) 為過電流檢出端， 0 . 6V 動作， 0 . 9V 熱擊穿過流保護(hù)動作，需接 CR 濾波器;⑤腳 (SG) 為信號地，與 PG 端子在控制電路的地作一點連接;⑥腳 (PG) 為電源地，低位 FET 的源極;⑦腳 (LVcc) 為控制電路電源端， 25 Vmax ，啟動電壓 14 . 5Vtyp ，停止電壓 11 . 3Vtyp ;⑧腳 (NC) 為空腳;⑨腳 (HVcc) 為高位 FET 驅(qū)動電源，通常 LVcc ：由電荷泵提供，對地電壓 625Vmax ;⑩腳 (VCTR) 為高、低位 FET 的連接點。

圖 2 是 IC 內(nèi)部框圖，圖 3 是應(yīng)用電路。輸入電壓為 D(B40V-400V ：輸出容量 24V / 8A 、 192W ： T1 的一次線圈 36 匝。電感 630 μ ( 包括勵磁電感 4951xH 和漏感 135 μ H) ;兩個二次線圈各 4 匝;諧振電容 22nF 。