LLC諧振回路電流 (tank current) 分析與測量之一

在許多應用中，都要求前端轉(zhuǎn)換器具備寬輸入電壓范圍和高效率。由于在寬輸入電壓范圍時效率較低，因此大多數(shù)PWM DC-DC轉(zhuǎn)換器都不能滿足這些要求。因其電壓增益特性和小開關損耗特點，人們提出使用LLC來實現(xiàn)高效率和寬輸入電壓范圍要求「1」。這篇應用報告為您介紹對LLC諧振回路電流的分析。文章討論和比較了功率電阻、電流變換器和電流探針三種電流測量方法，并介紹了這些電流測量方法的優(yōu)點、缺點和應用情況。實驗結(jié)果與理論分析相一致。

1引言

LLC是前端DC-DC轉(zhuǎn)換器的最佳備選項，它可以滿足寬輸入電壓范圍和高效率要求。UCC25600專為使用諧振拓撲結(jié)構(gòu)的DC/DC應用而設計，特別是LLC半橋諧振轉(zhuǎn)換器。這種高度集成的控制器只有8支引腳，并使用小尺寸封裝，它可以極大簡化系統(tǒng)設計和布局，同時還可以縮短產(chǎn)品上市時間「2」。因此，我們把LLC半橋諧振轉(zhuǎn)換器作為一個例子，來分析諧振回路電流。

2諧振回路電流分析

圖1為一個LLC諧振半橋轉(zhuǎn)換器電路。

S1和S2為一次MOSFET. CS1和CS2為MOSFET漏極和源極之間的寄生電容器。

DS1和DS2為MOSFET的體二極管。

Lr和Cr為諧振電感器和諧振電容器。

Lm為變壓器的磁電感器。

n為一次和二次線圈的匝數(shù)比二次整流器包含D1和D2. CO為輸出電容器。

RL為負載。

Vin為輸入電壓，而VO則為輸出電壓。

圖1 LLC諧振半橋轉(zhuǎn)換器

LLC諧振轉(zhuǎn)換器共有2個諧振頻率：一個由Lr和Cr產(chǎn)生，如方程式1所示；另一個由Lr、Lm和Cr產(chǎn)生，如方程式2所示。一般而言，按照設計，正常輸入電壓時LLC工作在fr頻率下，從而實現(xiàn)最佳效率。開關頻率大于fr.一次MOSFET的ZVS可以實現(xiàn)，但是二次二極管的ZCS無法實現(xiàn)；它被稱作LC串聯(lián)諧振。當開關頻率低于fr但高于fm時，可以同時實現(xiàn)ZVS和ZCS.由于某個時間內(nèi)會出現(xiàn)Lr、Lm和Cr諧振，因此它被稱作LLC串聯(lián)諧振。在參考文獻「3」中，大部分負載范圍的開關頻率均低于fr，因此本應用報告會對頻率低于fr的工作情況進行分析。

圖2為fm<fs<fr的波形，半周期被劃分為四部分。考慮到t2至t3的電壓峰值，該周期情況如下圖所示。所有方程式表明了功率參數(shù)的關系。


圖 2 fm<fs<fr的波形

可以把它看作是一個DC電壓源。圖3顯示了一個簡化版電路。

圖 3 t2<t<t3的簡化版電路

所有參數(shù)如方程式3和4所示，諧振頻率等于方程式5。由于Ceq，fr3遠遠大于fr1和fr2。



我們對該周期內(nèi)諧振回路電流值的變化進行研究，因此要求一個方程式來描述時域諧振回路電流。該周期的實際開始時間為t2，結(jié)束時間為t3。為了簡化計算過

一般而言，諧振回路電流分析常常會忽略?iLr，因為它的值小于諧振回路電流的峰值，并且這種過渡周期遠短于開關周期。但是，這種短過渡周期會給測量電路帶來噪聲。前述方程式可以驗證測量結(jié)果是否為真。當為假時，應改進測量電路。