llc諧振轉(zhuǎn)換器是led tv的主功率級(jí)拓?fù)渲?，相比其它轉(zhuǎn)換器具有更多優(yōu)勢(shì)，但因?yàn)槠湓O(shè)計(jì)復(fù)雜困難，所以在過(guò)去很少受到關(guān)注。不過(guò)，這幾年間，ic制造商已開發(fā)出用于 llc 諧振轉(zhuǎn)換器的控制器，而且發(fā)表了許多相關(guān)技術(shù)說(shuō)明和設(shè)計(jì)工具，讓其設(shè)計(jì)變得更容易，并使得這種技術(shù)獲得更多的關(guān)注。llc諧振轉(zhuǎn)換器已經(jīng)成為 led tv最流行的主功率級(jí)拓?fù)洹?

llc諧振轉(zhuǎn)換器的出色優(yōu)點(diǎn)有： 　a) 在整個(gè)負(fù)載范圍(包括輕載)下都是以zvs (zero voltage switching, 零電壓開關(guān))條件工作，從而實(shí)現(xiàn)高效率; 　b) 工作頻率變化范圍比較窄，便于高頻變壓器和輸入濾波器的設(shè)計(jì); 　c)初級(jí)端所用開關(guān)的電壓應(yīng)力被鉗位在輸入電壓上，而次級(jí)端兩個(gè)二極管上的電壓始終等于中心抽頭變壓器輸出電壓的兩倍。

許多高效率電源在設(shè)計(jì)時(shí)可以使用有源鉗位反激(ACF)變換器或LLC開關(guān)IC來(lái)實(shí)現(xiàn)其設(shè)計(jì)目標(biāo)。在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，究竟應(yīng)該選擇哪一種呢?一些設(shè)計(jì)工程師會(huì)根據(jù)個(gè)人偏好、熟悉程度以及在某些特別應(yīng)用當(dāng)中過(guò)去常用的歷史經(jīng)驗(yàn)來(lái)做出相應(yīng)的選擇。然而，當(dāng)面對(duì)兩種或更多可能的解決方案時(shí)，最佳方案的選取則取決于合理的工程推理、設(shè)計(jì)要求以及產(chǎn)品效率、尺寸、BOM、功率密度、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易性的優(yōu)先級(jí)別以及其它影響設(shè)計(jì)的一些因素。

Power Integrations (PI)面向電視機(jī)、顯示器和大功率充電器應(yīng)用提供全系列高度集成的反激式變換器，這些器件均采用超薄封裝。我們還提供一系列新的LLC開關(guān)IC，與我們的新型HiperPFS?-5功率因數(shù)校正(PFC)前級(jí)IC搭配使用時(shí)，可在相同的應(yīng)用當(dāng)中以極高的效率提供高達(dá)240W的功率輸出。

LLC 諧振轉(zhuǎn)換器的基本電路如下所述。LLC 諧振轉(zhuǎn)換器一般包含一個(gè)帶mosfet的控制器、一個(gè)諧振網(wǎng)絡(luò)和一個(gè)整流器網(wǎng)絡(luò)。控制器以50%的占空比交替為兩個(gè)mosfet提供門信號(hào)，隨負(fù)載變化而改變工作頻率，調(diào)節(jié)輸出電壓vout，這稱為脈沖頻率調(diào)制(pfm)。諧振網(wǎng)絡(luò)包括兩個(gè)諧振電感和一個(gè)諧振電容(LLC )。諧振電感 lr、lm 與諧振電容cr 主要作為一個(gè)分壓器，其阻抗隨工作頻率而變化(如式1所示)，以獲得所需的輸出電壓。

我們可能已經(jīng)考慮將 LLC 串聯(lián)諧振轉(zhuǎn)換器 (LLC-SRC) 放入到我們的下一個(gè)電源項(xiàng)目中。LLC-SRC 通常隱藏在另一個(gè)調(diào)節(jié)良好的功率級(jí)后面，如圖 1 中的示例。這在電路成本方面并不理想，因?yàn)閮杉?jí) PSU的BOM 成本總是高于單級(jí) PSU。我們想要的是用可提供更高效率和更低 EMI 并避免增加 BOM 成本的替代拓?fù)鋪?lái)替換舊設(shè)計(jì)中的反激式轉(zhuǎn)換器。LLC-SRC 真的被單級(jí)低成本拓?fù)溥x擇標(biāo)準(zhǔn) 排除了嗎?

圖 1. 通用兩級(jí)離線電源單元的功率級(jí)。

由于對(duì)輸入電壓變化的敏感性，LLC-SRC 在 LLC-SRC 前面需要另一個(gè)功率級(jí)。設(shè)計(jì)人員通常插入另一個(gè)功率級(jí)以為 LLC-SRC 提供良好調(diào)節(jié)的輸入電壓，因?yàn)樗鼉?yōu)化了 LLC-SRC 效率。一般來(lái)說(shuō)，LLC-SRC 效率在兩級(jí) PSU 中可以 > 94%。

如果我們認(rèn)真看了PMP5141設(shè)計(jì)示例，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)PMP5141中的 LLC-SRC只能在 280V DC至 400V DC輸入范圍內(nèi)工作。如果我們?cè)趩渭?jí) AC-DC 離線 PSU 中使用PMP5141 LLC-SRC 級(jí)，我們可能只接受 240V?AC +/-10% 輸入。此時(shí)，LLC-SRC 工作輸入電壓范圍現(xiàn)在需要更寬。

較高的 L m /L r比率導(dǎo)致較窄的調(diào)節(jié)范圍。因此，如果我們降低 L m /L r比率，則工作輸入電壓范圍有能力擴(kuò)大。PMP5141的比值接近 5。如果我們減小它的 L m使 L m /L r比值 3，最小輸入電壓可以低至 220V DC，如圖 2 所示。LLC-SRC 參數(shù)現(xiàn)在是針對(duì)具有 176V AC至 276V AC輸入范圍的單級(jí) PSU 進(jìn)行了優(yōu)化。

圖 2. L r =72μH、Cr=0.033μF、n=8.333 和 Pout=240W的 LLC-SRC 的電壓增益。

上面的示例說(shuō)明了如何降低 L m /L r比率使單級(jí) LLC-SRC PSU 成為可能。降低 L m的一個(gè)問(wèn)題是 L m越小，初級(jí)側(cè)的循環(huán)電流越高，這會(huì)降低轉(zhuǎn)換器效率。請(qǐng)記住，我們現(xiàn)在是單級(jí) PSU，我們沒有像以前那樣在 LLC-SRC 前面的功率級(jí)上降低效率。

PMP10283 是一款單級(jí) LLC-SRC PSU，設(shè)計(jì)用于 88VAC-132VAC 或 176VAC-264VAC 輸入，+/-30V/200W 輸出。PMP10283 參考設(shè)計(jì)通過(guò)交流線路電壓向單 LLC 諧振轉(zhuǎn)換器級(jí)提供 30V/100W 和 -30V/100W 的輸出。該設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是電路成本低且效率高(120VAC 滿負(fù)荷時(shí)效率超過(guò) 90%;240VAC 滿負(fù)荷時(shí)約為 92%)。該設(shè)計(jì)使用適用于 LLC 諧振轉(zhuǎn)換器的 UCC25600 諧振轉(zhuǎn)換器控制器。

特性

· 88VAC-132VAC 或 176VAC-264VAC 輸入

· +/-30V 200W 輸出

· 轉(zhuǎn)換器效率高達(dá) 92%

· 單級(jí) AC-DC LLC-SRC

· 電路成本低

比較兩級(jí)PMP5141的總效率時(shí) 和單級(jí)PMP10283 在圖 3 中的 PSU 中，單級(jí) LLC-SRC PSU 的性能要好得多。單級(jí) LLC-SRC 效率可以與兩級(jí) PSU 一樣好，并且提供更低的 Bom 成本。

圖 3. PMP5141的總效率 和PMP10283。

LLC諧振轉(zhuǎn)換器工作區(qū)域

LLC諧振轉(zhuǎn)換器有不同的工作區(qū)域，包括輕負(fù)載、中負(fù)載和重負(fù)載。在不同的負(fù)載條件下，LLC諧振轉(zhuǎn)換器會(huì)有不同的性能表現(xiàn)。

3.1. 輕負(fù)載

在輕負(fù)載條件下，負(fù)載功率較低，LLC諧振轉(zhuǎn)換器的輸出電流相對(duì)較小。此時(shí)，LLC諧振轉(zhuǎn)換器可以進(jìn)入輕負(fù)載模式，通過(guò)降低開關(guān)頻率或者采用脈寬調(diào)制(PWM)控制方式來(lái)實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。這樣可以減小開關(guān)管的損耗，提高轉(zhuǎn)換效率，并且減少電磁干擾的產(chǎn)生。

3.2. 中負(fù)載

在中負(fù)載條件下，負(fù)載功率適中，LLC諧振轉(zhuǎn)換器的輸出電流較大。此時(shí)，LLC諧振轉(zhuǎn)換器可以處于正常工作模式，根據(jù)負(fù)載需求和輸入電壓波動(dòng)進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)。通過(guò)控制開關(guān)管的開關(guān)時(shí)間和頻率，保持主線圈和副線圈之間的諧振狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)高效的能量轉(zhuǎn)換。同時(shí)，控制電路還可以對(duì)LLC諧振轉(zhuǎn)換器進(jìn)行保護(hù)控制，避免過(guò)載和過(guò)壓等異常情況的發(fā)生。

3.3. 重負(fù)載

在重負(fù)載條件下，負(fù)載功率較高，LLC諧振轉(zhuǎn)換器的輸出電流達(dá)到最大值。為了滿足大功率輸出需求，LLC諧振轉(zhuǎn)換器需要通過(guò)調(diào)節(jié)開關(guān)管的開關(guān)時(shí)間和頻率，保持主線圈和副線圈之間的諧振狀態(tài)。此時(shí)，LLC諧振轉(zhuǎn)換器可能需要采用增加諧振電容或者改變諧振回路參數(shù)的方式來(lái)提供更大的功率轉(zhuǎn)換能力。在重負(fù)載工作區(qū)域，LLC諧振轉(zhuǎn)換器仍然能夠保持較高的轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性。

綜上所述，LLC諧振轉(zhuǎn)換器是一種高效率、低電磁干擾的電力轉(zhuǎn)換器。它通過(guò)諧振技術(shù)，在不同的負(fù)載條件下實(shí)現(xiàn)能量的高效轉(zhuǎn)換。LLC諧振轉(zhuǎn)換器具有寬輸入輸出范圍的特點(diǎn)，適應(yīng)性強(qiáng)，并且可以根據(jù)負(fù)載需求自動(dòng)調(diào)節(jié)工作模式。無(wú)論是在輕負(fù)載、中負(fù)載還是重負(fù)載條件下，LLC諧振轉(zhuǎn)換器都能夠提供穩(wěn)定的功率轉(zhuǎn)換，并具有較高的效率和可靠性。在未來(lái)的綠色能源、電動(dòng)車充電和電網(wǎng)接口等領(lǐng)域，LLC諧振轉(zhuǎn)換器有著廣闊的應(yīng)用前景。