2控制電路設(shè)計(jì)

意法半導(dǎo)體(ST) 于2006 年推出了一款專為串聯(lián)諧振半橋拓?fù)湓O(shè)計(jì)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(shí)能讓電路工作于突發(fā)模式，提高輕載時(shí)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(hào)通過光耦對(duì)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(shí)現(xiàn)頻率的改變。

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

(2) 過流和過載保護(hù)。

PWM變換器通過控制開關(guān)管的占空比實(shí)現(xiàn)能量流動(dòng)，檢測(cè)電流超過設(shè)定的極限值時(shí)預(yù)先終止開關(guān)管的導(dǎo)通便限制了能量地流動(dòng)。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(dòng)，這意味至少要到下個(gè)振蕩周期才能察覺頻率的變化，若要有效地限制能量流動(dòng)，頻率的變化率必須低于頻率本身。檢測(cè)電流輸入的初級(jí)電流須均分，測(cè)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(hù)輸入。

在DC/DC前級(jí)再加PFC的系統(tǒng)中，根據(jù)PFC級(jí)的輸出電壓此功能就相當(dāng)于一個(gè)上電/斷電順序或欠壓保護(hù)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(zhǔn)進(jìn)行比較。

(4) 輕負(fù)載突發(fā)模式。

在輕載或空載時(shí)開關(guān)頻率會(huì)達(dá)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(zhǎng)時(shí)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(huì)減小。

(5) 驅(qū)動(dòng)電路。

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

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與分析

基于L6599研制串并聯(lián)諧振半橋變換器樣機(jī)一臺(tái)，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。該樣機(jī)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(fù)載變化時(shí)，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(shí)驗(yàn)波形如圖8所示。

圖8 不同負(fù)載下的諧振電流波形

在輸入電壓一定(輸入為額定電壓)、負(fù)載不同的情況下，MOS管零電壓開關(guān)的實(shí)現(xiàn)如圖9所示。對(duì)于相同的直流電壓增益比，隨著載變輕工作頻率會(huì)相應(yīng)提高但根據(jù)設(shè)計(jì)仍能保證MOS管的零電壓開通。

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

輸出功率相同而輸入電壓不同時(shí)此實(shí)驗(yàn)樣機(jī)在整個(gè)輸入電壓范圍內(nèi)均可實(shí)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(dòng)和漏源極電壓波形

圖9和圖10可見該樣機(jī)在要求的電壓和輸出負(fù)載范圍內(nèi)均實(shí)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(shí)負(fù)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(shí)開關(guān)頻率曲線

(b)U in=270V,不同P o時(shí)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(shí)效率為94.5%;在輸出功率一定時(shí)，隨著輸入電壓的升高，輸入電流減小，開關(guān)管的導(dǎo)通損耗及變壓器的銅損有所減小，變換器效率相應(yīng)的有所提高，如圖12(b)。

(a)U in=270V時(shí)不同P o的效率曲線

(b)P o=550W時(shí)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(shí)現(xiàn)的條件等，并根據(jù)分析給出主要參數(shù)設(shè)計(jì)方法，以及集成芯片L6599外圍控制電路設(shè)計(jì)。最后調(diào)試完成550W樣機(jī)一臺(tái)，試驗(yàn)結(jié)果證明上述分析及設(shè)計(jì)方法的可行性。