2控制電路設(shè)計

意法半導體(ST) 于2006 年推出了一款專為串聯(lián)諧振半橋拓撲設(shè)計的雙終端控制器芯片L6599，該芯片可直接連接功率因數(shù)校正器的專門輸出，輕載時能讓電路工作于突發(fā)模式，提高輕載時變換器的轉(zhuǎn)換效率。

(1) 工作頻率范圍設(shè)置。

見圖7,電阻R Fmax一端與4腳相連，另一端連在光耦中三極管的集電極端，輸出端的反饋信號通過光耦對這一支路上電流的調(diào)節(jié)，改變3腳上電容C F的充放電頻率從而實現(xiàn)頻率的改變。

R Fmin確定諧振變換器的最小工作頻率，當輸出電壓小于等于額定電壓時變換器工作在固定的最小開關(guān)頻率。

(2) 過流和過載保護。

PWM變換器通過控制開關(guān)管的占空比實現(xiàn)能量流動，檢測電流超過設(shè)定的極限值時預先終止開關(guān)管的導通便限制了能量地流動。而諧振變換器的占空比固定，通過改變頻率來限制能量流動，這意味至少要到下個振蕩周期才能察覺頻率的變化，若要有效地限制能量流動，頻率的變化率必須低于頻率本身。檢測電流輸入的初級電流須均分，測量電路見圖7.

圖7 L6599外圍主要端腳連接示意圖

(3) 欠壓保護輸入。

在DC/DC前級再加PFC的系統(tǒng)中，根據(jù)PFC級的輸出電壓此功能就相當于一個上電/斷電順序或欠壓保護輸入。高壓直流輸入電壓通過電阻分壓后接到L6599的7腳(LINE)，與內(nèi)部基準進行比較。

(4) 輕負載突發(fā)模式。

在輕載或空載時開關(guān)頻率會達到最大值，為確保輸出電壓可調(diào)并避免失去軟開關(guān)條件，且盡可能減小im引起的損耗，采用突發(fā)模式，一部分開關(guān)周期被較長時間的隔開，以降低平均開關(guān)頻率，平均激磁電流隨之減小，損耗也會減小。

(5) 驅(qū)動電路。

對高壓側(cè)開關(guān)的驅(qū)動采用自舉方式，L6599內(nèi)部整合了一高壓浮動結(jié)構(gòu)以承受超過600V的電壓，并有同步驅(qū)動高壓金屬氧化物半導體，取代了外部快恢自舉二極管，本文所選擇的驅(qū)動電路如圖7。

3 實驗驗證與分析

基于L6599研制串并聯(lián)諧振半橋變換器樣機一臺，并進行實驗驗證。該樣機的主要參數(shù)如下：

輸入電壓：U in=270V±10% DC

輸出電壓：U o=±180V DC

輸出額定功率：P o=550W

按上述方法選取n = 0 . 4 , k = 6 . 5 ,Q=0.39,電路最小工作頻率120kHz,諧振頻率100kHz,由此得諧振參數(shù)：L m=130μH,L r=20μH,C r=0.15μF.

輸入電壓相同輸出負載變化時，諧振網(wǎng)絡(luò)的輸入歸一化阻抗、直流電壓增益發(fā)生使得工作頻率變化，實驗波形如圖8所示。

圖8 不同負載下的諧振電流波形

在輸入電壓一定(輸入為額定電壓)、負載不同的情況下，MOS管零電壓開關(guān)的實現(xiàn)如圖9所示。對于相同的直流電壓增益比，隨著載變輕工作頻率會相應提高但根據(jù)設(shè)計仍能保證MOS管的零電壓開通。

圖9 不同負載下MOS管驅(qū)動和漏源極電壓波形[!--empirenews.page--]

輸出功率相同而輸入電壓不同時此實驗樣機在整個輸入電壓范圍內(nèi)均可實現(xiàn)功率管的零電壓開關(guān)，見圖10。

圖10 不同輸入電壓下MOS管驅(qū)動和漏源極電壓波形

圖9和圖10可見該樣機在要求的電壓和輸出負載范圍內(nèi)均實現(xiàn)了開關(guān)管的零電壓開通。

諧振變換器正是靠改變工作頻率來調(diào)節(jié)輸出電壓，圖11(a)表示隨著輸入電壓升高工作頻率變大;圖11(b)則表示輸入電壓相同時負載電流的增大而開關(guān)頻率減小，與理論分析的基本一致。

(a)P o=550W,不同U in時開關(guān)頻率曲線

(b)U in=270V,不同P o時開關(guān)頻率曲線

圖11 工作頻率變化曲線

圖12(a)最高效率在95%以上，額定輸出時效率為94.5%;在輸出功率一定時，隨著輸入電壓的升高，輸入電流減小，開關(guān)管的導通損耗及變壓器的銅損有所減小，變換器效率相應的有所提高，如圖12(b)。

(a)U in=270V時不同P o的效率曲線

(b)P o=550W時不同U in效率曲線

圖12 LLC諧振半橋效率曲線

4 結(jié)束語

本文介紹了LLC型串并聯(lián)諧振半橋變換器的直流增益特性、諧振腔阻抗特性以及軟開關(guān)實現(xiàn)的條件等，并根據(jù)分析給出主要參數(shù)設(shè)計方法，以及集成芯片L6599外圍控制電路設(shè)計。最后調(diào)試完成550W樣機一臺，試驗結(jié)果證明上述分析及設(shè)計方法的可行性。