基于SG1525的PFM-PWM控制諧振DC／DC變換器

摘要：設(shè)計(jì)了基于SG1525寬溫度工作范圍的340 W LLC諧振DC／DC變換器。介紹了一種利用集成控制芯片SG1525來(lái)實(shí)現(xiàn)脈沖頻率調(diào)制(PFM)-脈寬調(diào)制(PwM)控制的方法。為解決輕載或空載時(shí)LLC諧振變換器工作頻率太高、損耗大的問(wèn)題，提出了在輕載或空載時(shí)采用PWM控制的策略，并提出了實(shí)現(xiàn)電路。最后在340 W樣機(jī)上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，證明了利用SG1525可以實(shí)現(xiàn)PFM控制和輕載時(shí)的PWM控制。該電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，參數(shù)設(shè)計(jì)靈活，且可以實(shí)現(xiàn)變頻控制和PWM控制的無(wú)縫切換，很好地滿(mǎn)足了寬溫度要求。
關(guān)鍵詞：變換器；參數(shù)設(shè)計(jì)；脈沖頻率調(diào)制-脈寬調(diào)制

1 引言
LLC諧振變換器因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，輸入電壓范圍寬，工作效率高，無(wú)需外加緩沖電路僅依靠自身的諧振特性即可實(shí)現(xiàn)初級(jí)開(kāi)關(guān)管的零電壓轉(zhuǎn)換(ZVS)與次級(jí)整流二極管的零電流轉(zhuǎn)換(ZCS)特性，以及磁件集成度較高，電磁干擾水平低等優(yōu)點(diǎn)在分布式電源系統(tǒng)領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。軍用環(huán)境下對(duì)電源變換器的體積重量和電磁干擾水平均有嚴(yán)格的要求，故LLC諧振變換器在軍用條件下應(yīng)具有良好的應(yīng)用前景。經(jīng)過(guò)分析研究，這里采用SG1525作為腔制芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)頻控制。SG1525是一種性能優(yōu)良、功能齊全、通用性強(qiáng)的單片集成PWM控制芯片，在開(kāi)關(guān)電源中得到極其廣泛的應(yīng)用，其工作環(huán)境溫度為：-55～150℃。通過(guò)對(duì)其外圍電路的合理設(shè)計(jì)，使其實(shí)現(xiàn)PFM的功能，且在高壓輸入輕負(fù)載條件下自動(dòng)進(jìn)入PWM工作狀態(tài)改善了該工作條件下的電源性能。

2 主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及控制原理
2．1 主電路結(jié)構(gòu)
由于輸出電壓較高，主電路采用次級(jí)倍壓整流的對(duì)稱(chēng)半橋LLC諧振變換器，如圖1所示。

LLC諧振變換器采用固定占空比，通過(guò)改變開(kāi)關(guān)頻率大小來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓的變頻控制模式。相比傳統(tǒng)的PWM控制，變頻控制由于保持占空比固定更適用于輸入電壓范圍較寬的場(chǎng)合。而且當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入閉環(huán)時(shí)隨著輸入電壓的加大，頻率增大，回路電流減小，使得開(kāi)關(guān)管的通態(tài)損耗減少。不同頻率下變換器的工作性能各不相同。在LLC諧振變換器中，由于該諧振網(wǎng)絡(luò)非單一的LC構(gòu)成，固存在不同的特征諧振頻率。當(dāng)變壓器向次級(jí)傳遞能量時(shí)，其初級(jí)電壓被輸出電壓箝位，諧振槽路中只有Lr和Cr發(fā)生諧振，其諧振頻率為串聯(lián)諧振頻率，其表達(dá)式為：