因?yàn)楦叩男适强梢赃_(dá)到的（高于傳統(tǒng)的PWM），減少了高頻電磁干擾，（諧振槽路利用了電路的寄生參數(shù)）
      
電源轉(zhuǎn)換器市場(chǎng)對(duì)諧振拓?fù)涞呐d趣近來(lái)在增加。
       
事實(shí)上，這種拓?fù)湓试S更高的功率/重量比和低的元件功率損耗。
       
許多電源應(yīng)用領(lǐng)域如適配器，電視，顯示器，通訊機(jī)和汽車(chē)收音機(jī)都可以使用這種技術(shù)的轉(zhuǎn)換器。
       
L6598設(shè)計(jì)成半橋式電路結(jié)構(gòu)。
      
本文說(shuō)明如何使用這種器件。最后將討論所涉及的一些設(shè)計(jì)規(guī)則和應(yīng)用要點(diǎn)。
       
器件特色描述
       
器件的內(nèi)部電路圖如圖1，它是一個(gè)集成電路，用于實(shí)現(xiàn)脫線(xiàn)電源的控制技術(shù)。用于驅(qū)動(dòng)功率MOS或IGBT。在半橋拓?fù)渲校峁┑娜刻攸c(diǎn)（如壓控振蕩器，軟起動(dòng)，運(yùn)算放大器，及使能端。）需用最少的電路元件恰當(dāng)?shù)膱?zhí)行和控制諧振和SMPS。
 
              

 

圖1   L6598控制IC 內(nèi)部等效電路

      
該器件執(zhí)行可通過(guò)元件與高壓相接，它也能工作在從它供電的低壓之下。封裝為DIP16和SO-16。
      
最重要的特性：
      
高電壓（直到600V）輸入和降低dv/dt（150V/ns）于整個(gè)溫度范圍內(nèi)。
       
250mA（源出）/450mA（漏入）的驅(qū)動(dòng)電流能力。
      
欠壓鎖定。
      
精確的電壓控制振蕩器和軟起動(dòng)頻率轉(zhuǎn)移功能。
      
集成式升壓驅(qū)動(dòng)用于電容升壓。
      
器件端子功能
       
pin1   軟起動(dòng)定時(shí)電容接線(xiàn)端，器件提供軟起動(dòng)特色，電容Css軟起動(dòng)時(shí)間根據(jù)關(guān)系式Tss= Kss* Css（tpy*Kss= 0.15s /uf）。在穩(wěn)定狀態(tài)，pin1電壓是5V，在Tss間隙時(shí)間內(nèi)，電流Iss（為If起動(dòng)的函數(shù)）給電容充電，另外，Tss設(shè)置在Kss*Css，它只取決于Css值。見(jiàn) pin2說(shuō)明和數(shù)據(jù)表中定時(shí)的描述。
       
pin2    最高振蕩頻率設(shè)置端。將一個(gè)電阻接于這個(gè)引腳和地之間，以設(shè)置起始頻率值，并固定于Fmin處。（Fstart>Fmin）在這個(gè)pin上的電壓固定為VREF = 2V。所以，Rfstart調(diào)整Ifstart = VREF / Rfstart。Rfstart值建議不小于18-20kohm。
       
pin3    振蕩器頻率設(shè)置端。電容Cf與Rfstart和Rfmin一起設(shè)置Fstart和Fmin。正常工作時(shí)，該腳呈三角波。詳見(jiàn)數(shù)據(jù)表的定時(shí)和振蕩器部分。
       
pin4    最低振蕩頻率設(shè)置端。將電阻連接在該端接地。以設(shè)置Fmin值。該端電壓固定為VREF=2V。所以，Rfmin設(shè)置的Ifmin電流等于VREF/ Rfmin，為精確設(shè)置頻率，Rfmin值建議不小于20 kohm。
       
pin5    運(yùn)算放大器的輸出端。1M增益帶寬乘積，這種運(yùn)放是一種可以滿(mǎn)足任何需要的無(wú)特征放大器。為完成一個(gè)反饋控制環(huán)路，該引腳憑借特有的電路可以接到Remind端子。
       
pin6    運(yùn)算放大器的反相輸入端。
       
pin7    運(yùn)算放大器的同相輸入端。
       
pin8    EN1，這個(gè)端子強(qiáng)迫器件處于鎖閉狀態(tài)。（與欠壓狀態(tài)相同）
 
高電平有效，典型的閾值電平是0.6V，這里有兩種方法可 重新開(kāi)始正常運(yùn)行。
       
第一是降低電源電壓到鎖定閾值之下，然后再升高電壓到正 確的供應(yīng)值。
       
第二是激活EN2輸入，EN1是為了大故障設(shè)計(jì)的，（例如短路或開(kāi)路）
       
pin9    EN2，輸入在1.2V開(kāi)始激活，當(dāng)激活時(shí)，強(qiáng)制一個(gè)軟起動(dòng)的程序。EN2電平普遍在EN1之上，它可以取消EN1的鎖定。
       
pin10  GND，接地端子。
       
pin11  LVG，低邊驅(qū)動(dòng)輸出。這個(gè)端子連到半橋電路低邊功率MOSFET的柵極。將一個(gè)電阻接在這個(gè)端子和功率MOS 的柵極之間。用以減少驅(qū)動(dòng)峰值電流。
       
pin12  Vcc電源電壓端。這個(gè)端子連接一個(gè)電源濾波電容。內(nèi)部箝制在
 
15.6V電源電壓限制。
       
Pin13  空腳。這個(gè)端子內(nèi)，外都不接，它為增加高壓和低壓電路的距離插入，增加的距離對(duì)絕緣性非常有益。
       
Pin14  高邊驅(qū)動(dòng)浮地參考端，該端必須緊密的接到高邊功率MOS的源極。[!--empirenews.page--]
       
Pin15  HVG，高邊驅(qū)動(dòng)輸出，這個(gè)端子必須連接到半橋的高邊功率MOS的柵，串入一個(gè)電阻接在該端子和功率MOS之間，可用于減小驅(qū)動(dòng)峰值電流。
       
Pin16  提升電壓端，升壓電容必須連接在這個(gè)端子和VS之間，專(zhuān) 利集成電路技術(shù)取代了外部高壓二極管，這個(gè)特點(diǎn)系用高壓  DMOS完成與低邊同步MOSFET的驅(qū)動(dòng)，詳見(jiàn)數(shù)據(jù)表中升壓技術(shù)的細(xì)節(jié)描述。
       
器件工作描述：
       
當(dāng)提供給IC的電壓達(dá)到UVLO閾值時(shí)，器件將開(kāi)始工作。在提供的電壓達(dá)到閾值之前，兩支外部半橋的功率MOS將驅(qū)動(dòng)器的低阻抗槽路切斷。隨著供電進(jìn)入正常，電路開(kāi)始運(yùn)行，在第一個(gè)半周期中高邊驅(qū)動(dòng)器有效，所以升壓電容將充滿(mǎn)電荷。振蕩器是一個(gè)電壓控制振蕩器，在Rfmin和Rfstar端選擇合適的阻值，我們可以找出最低和最高工作頻率的限制。器件提供軟起動(dòng)功能。在Css上接入一個(gè)延遲電容，這樣就可以控制軟起動(dòng)時(shí)間。在一個(gè)周期內(nèi)，開(kāi)始時(shí)頻率達(dá)到最大值，然后逐漸減小到工作值。振蕩器通 過(guò)低邊、高邊柵驅(qū)動(dòng)來(lái)控制功率回路，連接到外部功率MOS。頻率的控制可在閉環(huán)控制條件下操作Rfmin做到。高、低邊驅(qū)動(dòng)有效的驅(qū)動(dòng)電流能力，以保持通常450ma源出和250ma漏入，這允許許多不同功率能力的MOS驅(qū)動(dòng)，以保持快速的開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換。內(nèi)部邏輯確保死區(qū)時(shí)間插在高、低邊柵關(guān)閉和低高邊柵開(kāi)啟之間，這個(gè)重要 的特點(diǎn)。使兩功率元件很容易工作在零電壓開(kāi)關(guān)模式下，以減小晶體管開(kāi)關(guān)損耗和電磁干擾（詳見(jiàn)下面軟開(kāi)關(guān)部分）。建起的死區(qū)時(shí)間典型值為300ns，轉(zhuǎn)換會(huì)在這個(gè)時(shí)間內(nèi)全部完成。集成升壓功能允許避開(kāi)用外接的快速二極管來(lái)給升壓電容充電（滿(mǎn)足懸浮驅(qū)動(dòng)的需要）。內(nèi)部運(yùn)算放大器在閉環(huán)控制以及保護(hù)功能上非常有用。
       
軟起動(dòng)和振蕩器：

 
       

圖2 軟起動(dòng)時(shí)間和振蕩器波形
       

軟起動(dòng)功能由在一個(gè)周期的時(shí)間Tss內(nèi)完成，Tss是開(kāi)關(guān)頻率從Fstart減為Fmin的時(shí)間，這個(gè)特點(diǎn)詳細(xì)的說(shuō)明如下（參見(jiàn)圖2）。
       
在軟起動(dòng)時(shí)間內(nèi)，電流Iss給電容Css充電，通常由一個(gè)電壓斜波送到跨導(dǎo)放大器，見(jiàn)圖2。這樣，此電壓信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏餍盘?hào)，并衰減為I fsyart。因此，該電流驅(qū)動(dòng)振蕩器并在軟起動(dòng)期間設(shè)置頻率為：
 

 

 
圖3 振蕩器電路

此處 Iosc=4*I R fmin。
      
Vc從峰值到振蕩器低谷值約等于2.84V。
       
在正常工作下，計(jì)算振蕩器近似頻率值的關(guān)系式為：
 
       

近似程度取決于頻率值，但是它仍舊大于從30Khz到100Khz的范圍。（圖4）
 
       

 

圖4 頻率特性

升壓部分：
        
高電壓部分由升壓電路獲得，這種方法一般需要高壓快速恢復(fù)二極管，用來(lái)給自舉電容充電，在器件中本集成結(jié)構(gòu)取得專(zhuān)利，用以取代外部二極管。它由高電壓DMOS實(shí)現(xiàn)。用串入一個(gè)二極管的方法與低邊驅(qū)動(dòng)(LVG)實(shí)現(xiàn)同步驅(qū)動(dòng)。為了驅(qū)動(dòng)同步DMOS，其VS電壓必須高于電源電壓。這個(gè)電壓由內(nèi)部充電泵獲得。串接入DMOS的二極管避免其不希望有的開(kāi)或關(guān)，二極管的插入防止了任何電流從V boot端子流入VS,防止內(nèi)部電容泵沒(méi)有完全放電 時(shí),電源會(huì)快速關(guān)斷。自升壓式驅(qū)動(dòng)插入了一個(gè)電壓降落于電容 C boot的重新充電時(shí)間內(nèi),(當(dāng)進(jìn)行低邊驅(qū)動(dòng)時(shí))，隨著頻率增加，外接功率MOS尺寸也要增加。它是Rds on上壓降和二極管閾值電壓的總和。低頻時(shí)，這種壓降很小，可以忽略。無(wú)論如何提高頻率時(shí)必須計(jì)及。事實(shí)上，這個(gè)壓降會(huì)減小驅(qū)動(dòng)信號(hào)的幅度，并且可以有效的增加外部功率MOS的R ds on（取消也如此）?？紤]到在諧振電源中流過(guò)的電流，MOS減小了所增加的開(kāi)關(guān)頻率，通常增加的R dson不是什么問(wèn)題,因?yàn)槠涔β蕮p耗是可以忽略的。此處Qg是外部功率 MOS的柵充電電荷，下面的方程式對(duì)計(jì)算升壓驅(qū)動(dòng)的壓降是有用 的。
 
           

圖5  升壓驅(qū)動(dòng)電路
                                                                                                                                                       [!--empirenews.page--]

此處，Qg外部功率MOS的柵充電電荷，Rdson  是升壓DMOS的導(dǎo)通電阻， T charge是升壓驅(qū)動(dòng)保持開(kāi)通的時(shí)間（大約是開(kāi)關(guān)頻率的一半減去死區(qū)時(shí)間）
        
升壓DMOS典型電阻值是150 毫歐姆，例如，使用一個(gè)具有整個(gè)30nc柵電荷的功率MOS,升壓驅(qū)動(dòng)的壓降是2.5V,在開(kāi)關(guān)頻率200Khz，實(shí)際上,
                                                                                                                                                                  

在實(shí)踐中，如果有效的壓降在升壓驅(qū)動(dòng)上呈現(xiàn)出一個(gè)問(wèn)題（特別在大功率MOS時(shí)）可以外接 一支二極管。防止C boot上的電壓減少。
        
使能功能：
         
L6598具有兩個(gè)不同的使能輸入端，EN1和EN2（PING）適合多方面應(yīng)用：
         
ENABLE 1（高電平有效）閾值典型為0.6V，當(dāng)其被激活時(shí)，它可強(qiáng)迫器件處于閉鎖狀態(tài)，使得振蕩器停振，并且HVG和LVG兩輸出都被切斷，就如在欠壓條件下。在這種狀態(tài)下器件從電源取用很低的靜態(tài)電流（250uA最大）。這里有兩種方法重新起動(dòng)器件，一種是減小電源電壓到關(guān)閉閾值以下，然后再起動(dòng)。第二種是激活ENABLE 2的輸入端，鎖住OV P功能，可以達(dá)到使用這個(gè)功能。EN2高電平有效典型閾值為1.2V，它重新起動(dòng)的順序以EN1已經(jīng)預(yù)先激活，它將從鎖存狀態(tài)下重新激活。
 

         

圖6  使能端子1的功能                                          圖7    使能端子2的功能
 

       
EN2高電平有效，典型閾值為1.2V。它重新起動(dòng)的順序以及如果EN1已經(jīng)予先激活，它將從鎖存狀態(tài)下激活。
        
諧振的應(yīng)用：
         
在開(kāi)關(guān)式的電源轉(zhuǎn)換器中，諧振轉(zhuǎn)換器可以根據(jù)波形與非諧振式區(qū)分出來(lái)。尤其是以轉(zhuǎn)換器中的功率開(kāi)關(guān)和寄生元件。實(shí)際上對(duì)照傳 統(tǒng)的PWM方式，（典型為矩形/梯形）諧振轉(zhuǎn)換器波形則包含了正弦振鈴波形。諧振轉(zhuǎn)換器技術(shù)可以應(yīng)用在所有的轉(zhuǎn)換拓?fù)?Buck,Boost)它可以將這幾種的轉(zhuǎn)換器分一下類(lèi)。
         
——串聯(lián)或并聯(lián)負(fù)載式諧振電路
         
——固定的或可變的工作頻率
        
——連續(xù)式或斷續(xù)式的諧振方式
         
——全諧振、半諧振的諧振開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器
 

 

圖8  半橋式電路的連接方法

這篇技術(shù)論文不可能討論關(guān)于各種不同的拓?fù)?，我們可以定義諧振變換器，它采用先進(jìn)的網(wǎng)路諧振并且涉及零電壓或零電流開(kāi)關(guān)的可能性。零電壓開(kāi)關(guān)一般被認(rèn)為在高頻與高壓應(yīng)用時(shí)是最必要的，因?yàn)榇嬖诠β势骷募纳娙荨?br />         
ZVS拓?fù)淇梢跃彌_高電壓應(yīng)力，它涉及開(kāi)關(guān)電壓波形，但是，近來(lái)經(jīng)濟(jì)有效的方法是采用功率開(kāi)關(guān)的半橋式連接，它提供 給兩元件軟開(kāi)關(guān)特性，在開(kāi)和關(guān)的上升下降沿處傳輸。整個(gè)諧振轉(zhuǎn)換器很容易實(shí)現(xiàn)。
        
器件為基于半橋拓?fù)涞膽?yīng)用而設(shè)計(jì)，以50%的占空比工作在變頻狀態(tài)，在這種形式的轉(zhuǎn)換器中，輸出參數(shù)的控制將由改變開(kāi)關(guān)頻率的方法來(lái)完成。
        
最流行的負(fù)載諧振轉(zhuǎn)換器（SR串聯(lián)諧振、PR并聯(lián)諧振、LCL型串聯(lián)諧振等等）都可以使用這種結(jié)構(gòu)來(lái)完成。在目前的討論中，我們通常是用一個(gè)變壓器從主回路去給負(fù)載獨(dú)立充電來(lái)實(shí)現(xiàn)。此外，由于器件的運(yùn)行模式，連續(xù)式諧振變換器是我們感興趣的拓?fù)?，我們特制要參照LLC方式。[!--empirenews.page--]
         

 

 

 

圖9：隔離的LLC變換器

 
諧振電路：
        
任何諧振電路包括電容和電感，由于我們實(shí)際要用變壓器圖10給出一個(gè)實(shí)際使用的變壓器等效電路，它簡(jiǎn)化地展示出各個(gè)寄生參數(shù)。寄生電感可以在二次繞組短路連接時(shí)從初級(jí)側(cè)測(cè)量出來(lái)。
 
        

 

圖10   變壓器等效電路

磁化電感是在變壓器二次側(cè)開(kāi)始時(shí)從初級(jí)的測(cè)量值。寄生電容不予考慮。變壓器的簡(jiǎn)化電路在目前的電路討論中是可以接受的。我們現(xiàn)在可以定義一些基本的諧振電路和它們?cè)趹?yīng)用中固有的效果。在圖11中，我們可以注意到網(wǎng)絡(luò)電路（從輸出終點(diǎn)處可看到）由半橋圖騰柱驅(qū)動(dòng)，電路由漏感Lresi、變壓器初級(jí)電感Lmag/Lload、和諧振電容Cres串連組成,我們把相串聯(lián)的漏感Lres1和磁化電感Lmag叫做Lres2
        
Cos位于輸出和地之間的等效電容視作驅(qū)動(dòng)終點(diǎn)（相對(duì)功率開(kāi)關(guān)結(jié)電容和電路的分布電容）。讓我們開(kāi)始引入基本的諧振概念， 涉及電路路徑網(wǎng)Cos+Lres+Cres。此處，Lres可以在Lres1和Lres2之間變化，其僅取決于負(fù)載值。假設(shè)Cres遠(yuǎn)大于Cos值時(shí)我們剛好能夠考慮串聯(lián)的Cos+Lres。這個(gè)基本的諧振涉及軟開(kāi)關(guān)狀態(tài)的運(yùn)行。
 
         

圖11    LCL 諧振式變換電路

軟開(kāi)關(guān)：
        
依然參照?qǐng)D10。外部有源開(kāi)關(guān)Qh在流過(guò)電感的電流達(dá)到0之前被關(guān)斷（有效導(dǎo)通時(shí)間小于半個(gè)周期）,電流被迫從輸出結(jié)點(diǎn)處流出，最初將Cos上的電荷放掉，然后跨過(guò)電壓閾值時(shí)的電壓會(huì)通過(guò)二極管DL。在很短的時(shí)間（=300ns）之后，當(dāng)QL的漏源電壓接近 0時(shí)，固有的柵驅(qū)動(dòng)器將被激活，并處在導(dǎo)通狀態(tài)。同樣的現(xiàn)象將在第二個(gè)半周期出現(xiàn)，關(guān)斷導(dǎo)通的QL會(huì)產(chǎn)生輸出槽路結(jié)點(diǎn)的交換，以使能量從Lres傳到電容Cos的核，結(jié)果使上面二極管DH激活。
 
        

圖12   軟開(kāi)關(guān)                                                    圖13 LLC諧振電路

         
傳輸?shù)纳仙睾拖陆笛乜梢员徽J(rèn)為是上面定義的基本諧振部分，在圖12中可以觀察到輸出結(jié)點(diǎn)處交換的正弦波形部分。用 這種方法工作可以是零電壓開(kāi)關(guān)，改善了系統(tǒng)的噪聲干擾,因此，驚人的減小了開(kāi)關(guān)損耗。為了工作在軟開(kāi)關(guān)狀態(tài)，必須強(qiáng)制柵關(guān)斷在電流流入負(fù)載之前，令其達(dá)到零電壓或讓它的極性反轉(zhuǎn)，這可以很容易實(shí)現(xiàn)，需要很仔細(xì)，以便不使輸出結(jié)點(diǎn)斷開(kāi)。
        
基本的諧振以及組成的軟開(kāi)關(guān)工作才是諧振變換器的實(shí)質(zhì)，而沒(méi)有包含在能量調(diào)整中。

為調(diào)整率改變頻率。
       
由于軟開(kāi)關(guān)條件可以保證，讓我們進(jìn)行諧振電路的描述，本電路允許用 改變開(kāi)關(guān)頻率來(lái)控制輸出。諧振路徑是固有的電路。Lres+Lmag//Load+Cres（參見(jiàn)圖13），它的諧振系用改變頻率來(lái)調(diào)整輸出到負(fù)載的能量。負(fù)載電阻（并聯(lián)于磁化線(xiàn)圈電感）包括負(fù)載在二次側(cè)折算到初級(jí)的負(fù)載?，F(xiàn)在，我們必須考慮負(fù)載會(huì)有很大的變化（極限是短路和開(kāi)路），另外，在實(shí)際的轉(zhuǎn)換器中（圖14），負(fù)載包括一個(gè)整流器部分和輸出濾波器。因此，即使在單周期極限，負(fù)載也有很大的變化。Lmag可以看作在二極管導(dǎo)通期間與一個(gè)很低的阻抗并聯(lián)，也可以看作在二極管關(guān)斷期間與很高的阻抗并聯(lián)（亦即在二極管陽(yáng)極在降到低于輸出結(jié)點(diǎn) 的瞬時(shí)電壓）。
 
        

圖14  簡(jiǎn)化的實(shí)際變換器

和以上論述相聯(lián)，我們可以看到電路處在多諧狀態(tài)的路徑，也即是圖15中描述的各個(gè)曲線(xiàn)，它可以監(jiān)測(cè)到作為頻率函數(shù)的導(dǎo) 納變化趨勢(shì)，此是為了對(duì)應(yīng)不同的阻抗負(fù)載。這里有兩種獨(dú)立的 諧振峰值。第一個(gè)峰在頻率低段時(shí)磁化電感是固有的（和Lext串連,如果只接一個(gè)）這是負(fù)載開(kāi)路的情況。第二個(gè)諧振峰取決于串聯(lián)電感Lsense（在負(fù)載非常重或整流器正在導(dǎo)通的情況下）。兩種諧振均在能量傳輸?shù)截?fù)載及其控制上起作用。我們可以開(kāi)始討論,假設(shè)磁化電感值Lmag太高，以至于它的電流對(duì)于我們感興趣的頻率范圍內(nèi)可以忽略不計(jì)。在這種假設(shè)下，很明顯，最大電流將出現(xiàn)在F02諧振峰上。在低于F02諧振峰以下的頻率時(shí)就不會(huì)諧振式工作。為了不失去零電壓開(kāi)關(guān)，也因?yàn)槟芰總鬏數(shù)截?fù)載的時(shí)間不能太長(zhǎng)，從而為此增加或降低頻率。在實(shí)際中，對(duì)于實(shí)際的變壓器，其磁化電感不能被忽略（它的電感值不會(huì)太高）。無(wú)論如何，可以控制它的值以便讓其工作在低于F02峰的開(kāi)關(guān)頻率下。[!--empirenews.page--]
 
        

 

圖 15  多諧振

勵(lì)磁電感 (在LCL拓?fù)渲? 的控制，在能量管理上起到很重要的作用，它的值(以及它與Lsense的比率 ) 將影響多個(gè)應(yīng)用功能。
        
假設(shè)負(fù)載斷開(kāi)，最大電流將出現(xiàn)在F01諧振的峰，它還涉及到路徑L+C。磁性電感的值要顯著地高于串聯(lián)電感的值。一般來(lái)說(shuō)，最低諧振F01峰主要取決于它的值。我們可以定義F01峰為最低諧振點(diǎn)，以便于記住開(kāi)關(guān)頻率必須不低于它的值。事實(shí)上，迫使半橋在較低F01下工作，串聯(lián)電路存在一個(gè)電容性負(fù)載，這種條件在應(yīng)用中是不能接受的，理由如下：
     
——在電容性負(fù)載中，零電壓開(kāi)關(guān)工作條件會(huì)丟失。有效功耗就會(huì)出現(xiàn)（或?yàn)橛查_(kāi)關(guān)）。
     
——在閉環(huán)電路中，傳輸功能會(huì)反轉(zhuǎn)（當(dāng)趨于諧振之下），會(huì)失去控制。

總結(jié)
        
它需要工作在曲線(xiàn)的“電感區(qū)域”以這種方法會(huì)使更高的頻率加到諧振網(wǎng)絡(luò)，所得到的功率會(huì)減少。值得注意的是，在深度電感模式下工作（遠(yuǎn)離諧振峰值）電流會(huì)從正弦波形變?yōu)槿切?，而且需要很寬的頻率變化去控制調(diào)整率。
         
相反的，盡可能接進(jìn)諧振點(diǎn)工作時(shí)，對(duì)于給出的負(fù)載改變，頻率變化將最小。
        
如果應(yīng)用設(shè)計(jì)成盡可能靠近最低諧振點(diǎn)（F01）和第二諧振點(diǎn)(F02之間,已經(jīng)證實(shí)初級(jí)電流在兩個(gè)功率MOS之一的關(guān)閉時(shí)刻不應(yīng)該太低,以便保證在所有條件下為實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)所需的能量。
        
L6598的功能和諧振對(duì)調(diào)整率的影響已經(jīng)討論過(guò)了。現(xiàn)在我們開(kāi)始描述一些設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。
   

 

 

圖16 Vout + I (Cres) 特性

           
設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和應(yīng)用

設(shè)計(jì)程序的描述參照樣板來(lái)進(jìn)行，它用來(lái)評(píng)估整個(gè)等效電路展示在圖17中。

         

 

 

 

圖17  L6598 組成的AC/DC 諧振變換器電路

對(duì)于PFC部分，僅作簡(jiǎn)單的描述。請(qǐng)參考專(zhuān)門(mén)的應(yīng)用注意。
        
下面的討論將僅限于對(duì)諧振式變換器。
         
設(shè)計(jì)過(guò)程
 
      
 

圖 18   LLC諧振變換器

         
轉(zhuǎn)換器方塊電路可以分為幾個(gè)大塊，如圖18所示。輸出整流和濾波。變壓器和諧振元件（Lres—Cnes）。半橋。驅(qū) 動(dòng)器控制。目標(biāo)規(guī)范是給出一個(gè)70W交流適配器的設(shè)計(jì)。下面是一些參數(shù)和要求。
          
——輸出電壓Vo=18V, 最大輸出電流控制在Io=3.8A—4A
          
——寬范圍交流輸入電壓85V—264V
          
——需要高功率因數(shù)，總線(xiàn)電壓應(yīng)該是360V—420V
         
基于這些值，我們可以開(kāi)始設(shè)計(jì)輸出級(jí)濾波器。
          
——二次側(cè)的電流關(guān)系式（假設(shè)為近似正弦波形）。
 

              

輸出濾波器和整流
        
需要使用高質(zhì)量的電解電容設(shè)置極 限為<1%，輸出電壓紋波是等 效串連電阻的函數(shù)（電容貢獻(xiàn)可忽略）。
    
        

這是標(biāo)準(zhǔn)使用的兩個(gè)電容（330uF ,WITH  ESR = 75 msz 個(gè),電容的內(nèi)部功耗在最大功率輸出時(shí)為140W，電壓紋波約在240mv。
 
         

第二級(jí)L*C濾波器的布局接入可以有效的限制輸出電壓紋波，而不需要多個(gè)超過(guò)合理的高性能的電容。在本例的情況下，低價(jià)格電感就減少了高頻率電壓紋波，使之達(dá)到80mv（如圖19）以下。因?yàn)檩敵鲭娏?電壓比率在這種應(yīng)用中輸出整流級(jí)可以呈現(xiàn)出更多的功耗。對(duì)于目前的應(yīng)用，選擇中心抽頭線(xiàn)路連接，效率顯著的改進(jìn)，這樣在每一側(cè)輸出整流器上只有一半功耗，使用這種解決方案，在二次繞組間需要兩繞組很好的耦合。并且使電流波形能很好的對(duì)稱(chēng)。對(duì)我們的設(shè)計(jì)，選擇STPS40L40CT是低壓降功率蕭特基二極管，為T(mén)O-220AB型封裝（Vth = 0.28V，Rd = 0.0105ohm, BV = 40V）[!--empirenews.page--]
 
       

圖19  輸出整流和濾波

        
整流管上的功率耗散可以使用正弦模型來(lái)評(píng)估。@ Io = 4A
        
二極管上的峰值電流  I dp = 3.14*Io*Idp/2 = 6.3A Irms = 4.45A
 
        

二極管的反向峰值電壓>Vo*2 = 36V

變壓器設(shè)計(jì)
       
LLC諧振結(jié)構(gòu)需要一個(gè)諧振電感,(Lser)要將它串在變壓器的初級(jí)還需要一個(gè)諧振電容(Cres) 這個(gè)電感起一個(gè)重要極點(diǎn)的作用，在能量傳輸或極重負(fù)載條件下，它的值控制著電流峰值。
       
由于初級(jí)通道將被用來(lái)提供作高頻交流通道（會(huì)有很大的磁密浪涌  B）,一個(gè)高質(zhì)量諧振電感將需要用來(lái)限制磁心的功耗。在諸多實(shí)際設(shè)計(jì)中，變壓器的雜散電感可以有效地取代任何外部諧 振電感（或減小它的數(shù)值）。我們采用這種解決辦法，它可以省去部件并限制磁心功耗。漏感(Lstray)參數(shù)設(shè)計(jì)起來(lái)不太容易,通常它需要一些機(jī)械技巧, 以便得到一些有用的數(shù)值，不管怎樣，還是變壓器確定來(lái)得快。漏感值會(huì)足夠恒定，變化范圍也是有限的。
        
與此相關(guān)，第一步是選擇磁心裝置的尺寸，使用截面積（Ap）的規(guī)范。我們可以首先接近磁心兩面積的乘積。所需的Ap可以用方程Ap1和Ap2找到。（我們用同一個(gè)公式做為標(biāo)準(zhǔn)半橋正向變換器）。
          
Ap = Aw*Ae 是窗口面積（Aw與型狀相關(guān)）與磁芯截面積  （Ae）的乘積。
        
N.B對(duì)所選的諧振元件（電感及電容）及隨頻率的相應(yīng)關(guān)系已設(shè)置好，其一可以很容易的參考附錄A中討論的變換器來(lái)完成。起始選擇最小的工作頻率，通常滿(mǎn)載條件下為65KHz。
                                                                                                                        

相對(duì)磁芯損耗限制，這里Kh = 4*10-5     Ke = 4*10-10   Fsw = 65KHz。對(duì)于現(xiàn)有設(shè)計(jì)AP1= 0.38 cm 4
 
        

相對(duì)于磁飽和的限制。此處 K= 0.165   ,相對(duì)半橋變換器，Bmax.= 0.4T由變壓器掌握的功率為P in。在現(xiàn)有設(shè)計(jì)中，將有AP2=0.17cm4。所需的AP將加大到現(xiàn)有數(shù)值的兩倍。為滿(mǎn)足電流的目標(biāo)規(guī)范，我們選AP=AP1=0.38cm4。 選擇磁芯形態(tài)為EE30（E30.15.7）在高頻材料下,Ve=3.9cm3，Aw=0.8cm2  Ae=0.6cm2，Ap=Aw.Ae=0.48cm4。

變壓器繞組：
        
為確定繞組，首先必須固定輸入的直流總線(xiàn)電壓值。由于在所討論的設(shè)計(jì)中有PFC予調(diào)整級(jí)的需要，因此讓起始固定電壓總線(xiàn)范圍在360V—420V。LCL諧振變換器的諧振可以用變壓器的初級(jí)電感的予定值來(lái)實(shí)現(xiàn)。
         
第二個(gè)諧振電感容許工作在輕載條件下，并在給定負(fù)載范圍內(nèi)保持相同時(shí)間的高效率。在我們的經(jīng)驗(yàn)中,用初級(jí)電感作為第二個(gè)電感的優(yōu)點(diǎn)為其電感值與期望值之間的最佳比在3.5—7的范圍內(nèi)。
 
       

圖20  變壓器

初級(jí)電感值與期望電感值之比可以用骨架間隙來(lái)調(diào)整，而且可以在變壓器磁心之間加入空氣隙來(lái)調(diào)整（這就減少了磁化電感）,為此我們選擇兩層骨架的形式，將初級(jí)，次級(jí)分開(kāi)。見(jiàn)圖20。繞組設(shè)計(jì)開(kāi)始先計(jì)算所需的最小初級(jí)圈數(shù)。對(duì)此，有：
 
       

此處，Vin min = 360V    B = 0.23T    Ae = 0.6cm2
        
在AP情況，先求出AP1,   B由式[17]計(jì)算。
 
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此處，Pcv = Pt / 2Ve   Pt = 1.3AP1*
      
作為替代,在此情況下,AP由AP2代替,Bmax由設(shè)計(jì)師固定0.4T。
      
選擇初級(jí)圈數(shù)Np = 60。圈數(shù)比n = Np / Ns，由二次窗口及圈數(shù)定出。
 
      

占空比 D = 0.5 選擇n = 12，二次Ns = 5
     
*圈數(shù)比n可以足夠高，高于[18]式，因?yàn)橛蠰mag效應(yīng)。
     
**二次繞組相應(yīng)為Ns = 5+5，這是由于中心抽頭式整流。
     
為了限制趨膚效應(yīng),（帶來(lái)固有功耗）Litz的導(dǎo)線(xiàn)解決方案被采用。
 
——20*0.1mm導(dǎo)線(xiàn)放于初級(jí)側(cè)（0.157mm*2）
  
——60*0.1mm導(dǎo)線(xiàn)放于二次側(cè)（0.47mm*2）
      
由于初次級(jí)側(cè)繞組設(shè)定，我們需要固定變壓器電感。公式[19]可以計(jì)算并很好地得出在磁心參數(shù)及氣隙長(zhǎng)度的條件下的初級(jí)電感量。它是磁心參數(shù)及初級(jí)圈數(shù)及氣隙的函數(shù)。
 
      

此處，uo = 4*3.14*10-7 為空氣的磁導(dǎo)率。ur為相對(duì)磁導(dǎo)率。
      
Le為磁路長(zhǎng)度(cm) Ae為磁心有效截面積(cm),Lgap 為氣隙長(zhǎng)度(mm).
      
計(jì)算初級(jí)電感為mH。在本文情況下為L(zhǎng) = 0.85mH
      
考慮漏感，在標(biāo)準(zhǔn)正向應(yīng)用的變壓器中不是很精確的。(主要因機(jī)械位置)，近似值可以用下面公式得出：
 
      

此處為270uH
     
這里，lw = 5.6cm   bw = 0.5cm   hw = 1.55cm
      
在此例的實(shí)際變壓器中，漏感約240uH,(在變壓器的二次短路時(shí)測(cè)初級(jí)得出)。如前所述，在磁心中插入一個(gè)氣隙，可以控制初級(jí)電感及漏感的比值，選擇氣隙為0.33mm,  得到Lm/Ls = 3.5的比值。
        
諧振電容
        
對(duì)諧振電容的選擇必須考慮其比率電流，對(duì)于低的電容值,  在實(shí)際上，電流能夠被限制。在一個(gè)聚丙烯串聯(lián)電容中，它通?？梢哉业揭粋€(gè)合適的元件。另一方面，對(duì)給定的諧振值（見(jiàn)圖21），見(jiàn)諧振曲線(xiàn)的縱剖面。(Q因子，其為(Lres/Cres)1/2的函數(shù))這樣，阻抗的改變隨頻率變。在我們的設(shè)計(jì)中，選為22nF / 630V  PHE-100*C
 
         

圖21   Q值的選擇

         
功率MOSFET
        
功率MOSFET用于半橋需要耐壓為500V選擇STP4NB50。
        
相關(guān)參數(shù)可以用于計(jì)算
 
       

 

 
       
此處，I qpk為初極側(cè)電流峰值。
  
由于Lm/Ls比值為變壓器初極側(cè)電流管理不可忽略的部分，它不會(huì)被傳至負(fù)載。因此,用此式計(jì)算初極電流其結(jié)果將比測(cè)量值低得多。

測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖22。
 
       

 

圖22 I（Q）+I ces  特性

阻塞電容C-bulk
      
設(shè)計(jì)公式如下：
 
         

 

 

此處，T hold為所需的保持時(shí)間。Vo min為正常工作的最小電壓。
       
選擇阻塞電容的關(guān)鍵點(diǎn)是按如下順序，承受電壓，100Hz紋波下的電容值，保持時(shí)間，再看一下PFC文件。
       
選擇C bulk = 33uF/450V 容許+/--9V電壓紋波，沒(méi)有固定任何保持時(shí)間。
         
控制電路
        
輸出電壓及電流的控制與兩個(gè)使用TSM103(雙運(yùn)放及基準(zhǔn))的環(huán)路有關(guān)。該元件還加上光耦。允許執(zhí)行對(duì)輸出電壓和電流兩者完整的控制。控制參數(shù)隨頻率的變化為流行的R f min，見(jiàn)器件工作頁(yè)3。[!--empirenews.page--]
 

                         

圖23  輸出V/I特性

        
自從輸出控制不 能長(zhǎng)時(shí)間保證重載情況,（如輸出低于5V）在初級(jí)側(cè)檢測(cè)出的電流（C17,R26,D12,D13）并作為信號(hào)濾波器及饋送到L6598的 EN2端。超過(guò)閾值限制，軟起動(dòng)就會(huì)重新激活。
          
其它零雜
         
在設(shè)計(jì)中要考慮的少數(shù)臨界點(diǎn)及相應(yīng)調(diào)整。
 
——頻率精度。實(shí)際頻率由外部元件影響（Cosc的精度及其隨溫度的飄移）更多地，Cosc較低時(shí)，雜散影響必須考慮。（端子及PCB板電容）振蕩精度會(huì)受下面因素影響，即基準(zhǔn)中流出電流超過(guò)100uA時(shí)。

——PCB板布局會(huì)耦合噪聲。檢查噪聲最好的判據(jù)是在Cf端(3pin)測(cè)量信號(hào)。為了確保正確的驅(qū)動(dòng)周期占空比，此處應(yīng)是一個(gè)同步觸發(fā)波形。測(cè)試的另一點(diǎn)是14pin的電壓,在自由運(yùn)轉(zhuǎn)期間,不要太近地電平。

（很少的幾伏特）
            
功率因數(shù)部分
        
對(duì)諧振式應(yīng)用，在我們的設(shè)計(jì)中，加入它還有如下理由：不管PFC是否必要。
       
前級(jí)的變換為傳統(tǒng)的脫線(xiàn)式。由全波整流，電容濾波組成從AC線(xiàn)路得到未穩(wěn)的DC總線(xiàn)。因此，連續(xù)的線(xiàn)路電壓是長(zhǎng)時(shí)間在電容上的低電壓。這樣整流器僅傳導(dǎo)每個(gè)半周期的很小一部分。從主線(xiàn)的電流被拖出，然后一系列窄脈沖，其幅度為5～10倍的平均DC值。
       
從這里返回的損失，更高的峰值和均方根值電流從線(xiàn)路上拉出。AC線(xiàn)路電壓的畸變，三相系統(tǒng)自然線(xiàn)路中的過(guò)流，在這所有之后，會(huì)是很差的電源系統(tǒng)的供給能量的能力。
       
這可以由測(cè)量整個(gè)諧波畸變項(xiàng)來(lái)得出。作為正常供電時(shí)，功率因數(shù)為實(shí)際功率和視在功率之比。從主干線(xiàn)上拖動(dòng)的功率更直接。傳統(tǒng)的輸入級(jí)電容濾波只有很低的PF值（0.5～0.7）以及較高的THD（>100%）。國(guó)際正常標(biāo)準(zhǔn)需求要有高的功率因數(shù)來(lái)完成電源設(shè)計(jì)。
      
基于上述理由，功率因數(shù)校正為脫線(xiàn)電源管理中正在流行的部分。對(duì)高功率因數(shù)的預(yù)調(diào)整器，在輸入整流橋和濾波電容之間插進(jìn)去，會(huì)改善功率因數(shù)到0.99，供給電流能力也增加了，濾波電容峰值電流及諧波畸變都會(huì)減小。
      
再者，PFC有預(yù)調(diào)整的高壓總線(xiàn)，它提供一個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)镻WM工作在固定的直流總線(xiàn)上，這會(huì)使諧振式工作變得容易控制。
       
L6561是一個(gè)集成控制器，專(zhuān)用于PFC級(jí)，它采用臨界型傳導(dǎo)技術(shù)，并對(duì)低功率到中功率很適用。
      
PFC部分提供一個(gè)給出80W功率及400V穩(wěn)定電壓的設(shè)計(jì)。
      
AC主線(xiàn)電壓可從85～264V。
      
對(duì)L6561細(xì)節(jié)描述可見(jiàn)AN966。
      
評(píng)價(jià)結(jié)果。

表格1
        
 
附錄A
     
掌握諧振元件的方法是采用正常電壓、電流。
       
最小工作頻率設(shè)在65KHg，該頻率可考慮一個(gè)好的折中的辦法。既保持變壓器的磁化設(shè)置的小尺寸。又防止高頻問(wèn)題。（如雜散參數(shù)開(kāi)關(guān)損耗等）
       
讓我們固定正常輸出電壓M=0.98 M=（VO*N）/（VIN（MAX）/2）
       
假設(shè)正常工作電流J = 0.2 J =（IO*RO）/（VIN（MAX）/2）
       
此處RO是特征阻抗 = (Lr/Cr) 0.5
       
諧振ZO可按下式計(jì)算 ZO =（（VIN/2）2*J*M）/（VO*IO） ZO = 120
       
諧振電容是：Cr = 1/(ZO*W) Cr = 1/(110*2∏*65*103) = 20nF
       
諧振電感是：L r = ZO/W Lr = 110/(2∏*65*103) = 295mH