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简述LLC串联谐振变换器FSFR2100的工作原理

2013-07-08 16:24:02 来源:大比特半导体器件网 点击:1360

摘要:  负载谐振型变换器是一种较早提出的结构,注重电源电压转换比特性的改善,按照谐振元件的谐振方式可分为串联谐振变换器、并联谐振变换器以及两者结合产生的串并联谐振变换器。

关键字:  元件,  谐振变换器,  谐振元件,  LLC

谐振网络通常由多个无源电感或电容组成,由于元件个数和连接方式上的差异,常见实用的谐振变换器拓扑结构大致分为两类:一类是负载谐振型,另一类是开关谐振型。负载谐振型变换器是一种较早提出的结构,注重电源电压转换比特性的改善,按照谐振元件的谐振方式可分为串联谐振变换器、并联谐振变换器以及两者结合产生的串并联谐振变换器。

串联谐振:由于是串联分压方式,其直流增益总是小于1,类似BUCK变换器;轻载时为稳住输出电压,必须提高开关频率,在轻载或空载的情况下,输出电压不可调,输入电压升高使系统的工作频率将越来越高于谐振频率,而谐振频率增加,谐振腔的阻抗也随之增加,这就是说越来越多的能量在谐振腔内循环而不传递到副边输出;但在负载串联谐振中,流过功率器件的电流随着负载变轻而减小,使通态损耗减小。

并联谐振:输出端可以开路但不能短路,会损坏谐振电容,并且过大的原边回路电流对开关器件及电源都会产生冲击;轻载时,不需通过大幅改变频率来稳住输出电压,与串联谐振相比变换器工作范围更大,可工作至空载;当轻载时输入电流变化不大,开关管的通态损耗相对固定,在轻载时的效率比较低,较为适合工作于额定功率处负载相对恒定的场合。

传统的LC串联谐振开关电源为了实现小型化,被迫提高其工作频率。以减小滤波电感和开关变压器的体积。但频率的提高却使开关损耗增加而效率下降,且开关噪声变大。

LLC串联谐振变换器主要采用电流谐振、只在开关从ON到0FF及OFF到ON期间是电压谐振,其开关波形为正弦波,因而在给开关元件加上电压时,不会流过大电流;而且利用开关元件的寄生电容实现零电压开关(ZVS),可制成高频、高效及噪声极低的变换器。

传统LC串联谐振变换器电路如图1所示(去掉Lm)。Lr为开关变压器漏感,Cr为谐振电容,Tr1和Tr2分别用具有微小静寂时间的50%N占比驱动。由于在h与Cr的谐振频率f0时,输入输出增益最大为1倍,为了稳定输出电压,有必要提高工作频率。但在理论上。空载时须将频率提高到无限大,才能稳定工作。这是LC串联谐振变换器的缺点。

增加Lm就是LLC串联谐振变换器电路。与LC串联谐振变换器不同,在开关变压器的一次侧并联了小电感量的励磁电感Lm,Lm的电感量仅是漏感Lr的3-8倍;此外,变压器的磁芯留有气隙,以适应小的励磁电感。

FSFR2100是单片LLC串联谐振变换器IC,包含了LLC串联谐振变换器的全部功能:内部FET的VDs=600V.导通电阻0.32Ω,体二极管的tn=120ns。●静寂时间为固定的350ns。●工作频率300kHz以上。●可程控的轻负载周期跳跃工作。●利用控制端(CON)可遥控ON/OFF。●输入过电压保护。●过电流保护(检出电压0.6V)。●热击穿过电流保护电路(检出电压0.9V)。●过热保护电路。●最高、最低工作频率设定。●保证稳定输出的频率控制。

FSFR2100的①脚(VDL)为内部FET漏极电压端;②脚(CON)为控制端,0.4V以下停止工作,0.6V以上正常工作,与光电耦合器连接可实现周期跳跃工作;③脚(RT)为频率控制端,利用光电耦合器恒压控制。以及最高、最低频率和软启动设定;④脚(CS)为过电流检出端,0.6V动作,0.9V热击穿过流保护动作,需接CR滤波器;⑤脚(SG)为信号地,与PG端子在控制电路的地作一点连接;⑥脚(PG)为电源地,低位FET的源极;⑦脚(LVcc)为控制电路电源端,25Vmax,启动电压14.5Vtyp,停止电压11.3Vtyp;⑧脚(NC)为空脚;⑨脚(HVcc)为高位FET驱动电源,通常LVcc:由电荷泵提供,对地电压625Vmax;⑩脚(VCTR)为高、低位FET的连接点。

简述LLC串联谐振变换器FSFR2100的工作原理

图2是IC内部框图,图3是应用电路。输入电压为D(B40V-400V:输出容量24V/8A、192W:T1的一次线圈36匝。电感630μ(包括励磁电感4951xH和漏感135μH);两个二次线圈各4匝;谐振电容22nF。

简述LLC串联谐振变换器FSFR2100的工作原理

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