半桥LLC谐振DC-DC变换器工作原理详解

发布者:admin 发布时间:2019-10-28 17:27 浏览次数:

  作为一种被广泛应用在汽车交通、工业控制等领域的重要元件,目前DC-DC变换器已经发展出了多种不同的种类,其中,LLC谐振DC-DC变换器的应用范围十分广泛。本文将会就该种类型的DC-DC变换器工作原理进行详细介绍,希望能够对各位新人工程技术人员的设计工作提供一些帮助。

  在实际的应用过程中,相信很多工程师对于半桥LLC谐振DC-DC变换器都不会陌生。这种变换器除了具有应用范围非常广泛之外,还具有输出功率高、转换效率高等显著特点,其主电路结构如下图图1所示。LLC谐振变换器一般包括三部分:方波产生电路、谐振网络和输出电路。

  通常情况下,在变换器的设计和应用过程中,方波产生电路可以是半桥或全桥结构,这主要是根据功率需求来进行选择。通过高低端开关管的交替导通,将直流输入转换为方波。当然,为防止它们同时导通,LLC谐振控制器普遍会在高低端开关管的驱动信号之间插入固定或可调的死区时间。LLC谐振DC-DC变换器的谐振网络由三个谐振原件构成,分别为谐振电容Cs,谐振电感Ls和激磁电感Lm。

  从图1所给出的半桥LLC谐振DC-DC变换器的主电路结构图中可以看出,该电路系统由以下元件构成:两个功率MOSFETQ1、Q2,Q1和Q2的占空比都是0.5,采用固定死区的互补调频控制方式来进行控制。图1还中分别给出了Q1和Q2的半导体二极管和寄生电容、谐振电容Cs、理想变压器、并联谐振电感Lm、串联谐振电感Ls、全桥整流二极管(D1、D2、D3、D4)、输出电容C0和负载R0。

  在图1所示的半桥谐振变换器主电路系统中,当方波馈入谐振网络后,电流波形和电压波形将产生相位差。开关损耗为流过开关管的电流与其源漏极两端的电压乘积。此时,由于Q1、Q2在电流流过半导体二极管时开启,开启电压很低,所以损耗很小。LLC谐振变换器电路有两个谐振频率,一个是谐振电感Ls和谐振电容Cs的谐振频率,一个是Lm加上Ls与Cs的谐振频率,即:

  在上文所提供的两个公式中,所求得的参数fr1为Cs与Ls的谐振频率,参数fr2为Cs、Ls和Lm的谐振频率,很显然,参数fr1>

  fr2。从开关频率fS与谐振频率的关系来看,LLC半桥谐振DC-DC变换器的工作状态分为fS=fr1、fr2≤fSfr1三种工作区域。下面我们进行一一介绍。

  首先来看谐振DC-DC变换器的第一个工作状态,即开关频率fS等于fr1时的工作情况。在该状态下时,原边开关管Q1和Q2实现零电压开通(ZVS),副边整流二极管实现零电流(ZCS)自然关断,并且工作在电流连续状态。

  接下来再来看谐振半桥式DC-DC变换器的第二种工作状态,即谐振变换器的开关频率fS工作在fr1和fr2之间时的工作运行情况。此时,励磁电感Lm参与谐振,原边开关管Q1和Q2实现零电压开通(ZVS),副边整流二极管实现零电流(ZCS)自然关断,并且工作在电流断续状态,当工作频率偏离谐振频率fr1并下降时,激磁环路电流相对增加。

  当半桥式LLC谐振DC-DC变换器工作在高于fr1的开关频率时,励磁电感Lm被输出电压钳位,不参与谐振,开关管Q1、Q2实现了零电压开通,激磁环路电流相对较小,但副边整流二极管不能实现零电流自然关断。对不同负载产生的不同功率需求,变换器的开关频率也将不同。负载越轻,开关频率越高。当开关频率约等于谐振频率fr1时,LLC变换器的特性几乎与负载无关,增益仅由变压器匝数比决定。

  半桥式LLC谐振DC-DC变换器在实际的应用过程中,其本身所具备的软开关特性主要体现在以下几个方面。首先,这一变换器能做到主开关管零电压开通。当Q2关断,流过谐振电感的电流is经Q1的半导体二极管放电,为Q1的零电压开通做好准备。其次,它还可以达到整流二极管零电流关断/导通的效果。当is振荡到与激磁电感电流im相等时,D1和D4因电流下降至零,自然关断。当Cs、Ls和Lm共同谐振时,变压器初级停止向次级传递能量,负载由输出电容C0供电,直到Q1关断,电流通过Q2的半导体二极管放电,为Q2实现零电压开通做准备,然后D2和D3导通,能量传递再次建立,同时实现二极管零电流导通。

  希望上文有关LLC谐振DC-DC变换器工作原理的详细介绍能给大家提供一些工作上的小帮助。

  记得十年前,LLC还只是停留在大学的实验室里面。如今,LLC已经作为一种优秀的拓扑被业界所广泛的接受和使用。不得不感慨技术发展的速度。也正说明了LLC是一种非常优秀的拓扑,才能在如此短的时间里得不到大家的认可。

  尽管LLC已经被广泛的使用,工程师们还是会在工作中发现对LLC的原理和设计了解的不是很透彻。

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  28是一款带有位置控制器和控制/诊断接口的单芯片微步进电机驱动器。它已准备好构建与LIN主站远程连接的专用机电一体化解决方案。 芯片通过总线接收定位指令,然后将电机线圈驱动到所需位置。片上位置控制器可配置(OTP或RAM),用于不同的电机类型,定位范围和速度,加速度和减速度参数。 NCV70628充当LIN总线上的从机,主机可以从每个单独的从节点获取特定的状态信息,如实际位置,错误标志等。 集成的无传感器步进丢失检测功能可防止定位器从失步中退出并在进入失速时停止电机。这样可以在参考运行期间进行静音但精确的位置校准,并在接近机械终点时实现半闭环操作。 该芯片采用I3T50技术实现,可实现高压模拟电路和数字同一芯片上的功能。 NCV70628完全兼容汽车电压要求。由于采用了该技术,该器件特别适用于电池供电波动的应用。 特性 低温升压电流高达1100 mA 可编程电流稳定阶段 增强欠压管理 无传感器步进检测 自动选择快速和慢速衰减模式 无需外部反激二极管 可配置的速度和加速度 现场可编程节点地址 动态分配标识符 物理层和数据链路层(符合LIN rev .2.2) ...

  一种快速,可靠的的安装方式。 特性 高效率 低传导损耗和开关损耗 高速场截止IGBT SiC SBD用作升压二极管 内置NTC可实现温度监控 电路图、引脚图和封装图

  1是一款单相双极驱动电机驱动器,可轻松实现直接PWM电机驱动系统,效率极高。 LB11961是个人计算机电源系统和CPU冷却风扇系统中风扇电机驱动的最佳选择。 特性 单相全波驱动(16V,1.0A)晶体管内置) 由热敏电阻输入控制的内置变速功能 内置再生二极管(Di);只需要最少数量的外部组件。 内置HB 最低速度设定引脚(启动时允许全速模式运行) 移除热敏电阻时以全速模式运行。 内置锁定保护和自动恢复电路 FG(速度检测)和RD(锁定检测)输出 内置热关机电路 应用 终端产品 个人计算机电源系统 CPU冷却风扇系统 PC 电路图、引脚图和封装图...

  M是2相单极驱动无刷电机驱动器,具有宽泛的可用电压范围和最少的所需外部元件。它们还支持形成电机锁定保护和自动恢复电路。 特性 输出保护具有可变击穿电压的齐纳二极管:当Z1和Z2引脚时开路:VOLM = 57V 当Z1和Z2引脚短路时:VOLM = 32V 外部齐纳二极管可以连接在 通过更换外部电阻可以支持12V和24V电源。 霍尔元件可以直接连接。 内置旋转检测功能,驱动时输出低电平停止时。 内置电机锁保护和自动恢复功能 热关机功能。 电路图、引脚图和封装图...

  T是一款PWM恒流控制步进电机驱动器,具有低功耗,低热量和高效率的特点。该器件适用于2节电池应用。其电源电压范围为4 V至16 V,待机模式电流消耗几乎为零。由于内置电路可控制电流,因此有助于降低成本和PCB尺寸。它还可以通过几个内置保护功能为应用程序的安全设计做出贡献。 特性 优势 内置短路保护电路 短暂保护 包含异常情况警告输出引脚 安全设计 上下再生二极管 安全设计 热关断电路 热保护 两个PWM恒流控制H桥驱动器电路 控制步进电机至1-2相激励 参考电压输出:1.0V 应用 终端产品 步进/布鲁赫直流电机 计算机和外围设备 工业 消费者 打印机 平板扫描仪 文档扫描仪 PoE销售点终端 POS终端 热敏打印机 空调 电路图、引脚图和封装图...

  0621是一款带有位置控制器和控制诊断接口的单片微步进电机驱动器。它可以构建与LIN主机远程连接的专用机电一体化解决方案。芯片通过总线接收定位指令,然后将电机线圈驱动到所需位置。片上位置控制器可配置(OTP或RAM)不同的电机类型,定位范围和速度,加速度和减速度参数。 AMIS-30621充当LIN总线上的从机,主机可以从每个单独的从节点获取特定的状态信息,如实际位置,错误标志等。该芯片采用I2T100技术实现,可同时实现高压同一芯片上的模拟电路和数字功能。 AMIS-30621完全兼容汽车电压要求。 特性 自动选择快速和慢速衰减模式。 无需外部反激二极管。 可配置的速度和加速度。 现场可编程节点地址。 动态分配标识符。 物理层和数据链路层(符合LIN rev.1.3)。 LIN总线短路保护供应和地面。 高温警告和管理。 失去LIN安全操作。 Micro - 步进技术。 峰值电流高达800 mA。 固定频率PWM电流控制。 快速自动选择慢速衰减模式。 无需外部反激二极管。 符合14 V汽车系统。 这是一个无铅设备。 应用 汽车应用,...

  543是一款用于双极步进电机的微步进步进电机驱动器。芯片通过IO引脚和SPI接口与外部微控制器连接。它具有片上稳压器,复位输出和看门狗复位功能,可为外围设备供电。 AMIS30543包含一个电流转换表,根据NXT输入引脚上的时钟信号以及DIR(方向)寄存器或输入引脚的状态,进行下一个微步。芯片提供速度和负载角度输出。这允许基于负载角度创建失速检测算法和控制回路以调节扭矩和速度。它使用专有的PWM算法进行可靠的电流控制。 AMIS30543采用I2T100技术实现,可在同一芯片上实现高压模拟电路和数字功能。该芯片完全兼容汽车电压要求。 特性 优势 可编程峰值电流高达3A 高度集成和降低系统成本 128微步 更高的系统分辨率和更安静的电机操作 速度和负载角度输出 启用真正的无传感器闭环控制电机 可编程PWM电压斜率 优化的EMC配置文件 有源反激式二极管 降低BOM成本和提高可靠性 集成电源和监视器支持rt用于外部MCU 降低总系统复杂性和BOM成本 应用 终端产品 数控设备 工业制造设备 纺织设备 电路图、引脚图和封装图...

  1由一个降压开关稳压器(SMPS)和一个SMPS输出欠压监控器和CPU看门狗电路组成。此外,还提供两个固定电压低压差稳压器输出,并共享LDO输出电压状态输出。一旦使能,稳压器操作将继续,直到看门狗信号不再存在。 NCV8881适用于必须承受40 V负载突降的汽车电池连接应用。开关稳压器能够将典型的9 V至19 V汽车输入电压范围转换为3.3 V至8 V的输出,并具有恒定的开关频率,可以通过电阻编程或与外部时钟信号同步。使能输入阈值和迟滞是可编程的,使能输入状态在开漏点火缓冲器输出处复制。稳压器受限流,输入过压和过温关断以及SMPS短路关断保护。 特性 1.5 A开关稳压器(内部电源开关) 100 mA,5 V LDO输出 40 mA,8.5 V LDO输出 工作范围5 V至19 V 可编程SMPS频率 SMPS可以同步到外部时钟 可编程SMPS输出电压低至0.8 V ±2%参考电压容差 内部SMPS软启动 电压模式SMPS控制 SMPS逐周期电流限制和短路保护 内部自举二极管 逻辑电平使能输入 使能外部电阻分压器可编程输入迟滞 启用输入状态在开放...

  微集成器件提供单组件解决方案,可以在不需要续流二极管的情况下切换感应负载,如继电器,螺线管和小型直流电机。它接受逻辑电平输入,因此允许它由各种设备驱动,包括逻辑门,逆变器和微控制器。 特性 在DC之间提供强大的接口继电器线 V时驱动额定电流高达150 mA的继电器线 V 以更低的成本取代3或4个离散组件 内部齐纳二极管消除了对自由二极管的需求 符合装载转储和其他汽车规格 应用 终端产品 驱动器窗口,门闩,门和天线继电器 汽车 工业设备 电路图、引脚图和封装图...

  备用于切换感应负载,如继电器,螺线管白炽灯和小型直流电机,无需使用空转二极管。该器件集成了所有必需的产品,如MOSFET开关,ESD保护和齐纳钳位。它接受逻辑电平输入,因此允许它由各种设备驱动,包括逻辑门,反相器和微控制器。 特性 在DC之间提供强大的驱动程序接口继电器线圈和敏感逻辑电路 优化开关继电器从3.0 V到5.0 V电压轨 能够驱动额定功率高达2.5 W,5.0 V 的继电器线圈 内部齐纳二极管消除了对续流二极管的需求 内部齐纳钳位路由引起的电流接地以实现更安静的系统操作 低VDS(on)降低系统电流排水 应用 电信:线路卡,调制解调器,答录机和传真 计算机和办公室:复印机,打印机和台式电脑 消费者:电视和录像机,立体声接收器,CD播放器,盒式录音机 工业:小家电,安全系统,自动测试设备,车库门开启器 汽车:5.0V驱动继电器,电机控制,电源锁和灯驱动器 电路图、引脚图和封装图...

  微集成器件提供单组件解决方案,可以在不需要续流二极管的情况下切换感应负载,如继电器,螺线管和小型直流电机。它接受逻辑电平输入,因此允许它由各种设备驱动,包括逻辑门,逆变器和微控制器。 特性 在DC之间提供强大的接口继电器线伏特下驱动额定电流高达150 mA的继电器线个离散组件 内部齐纳二极管消除了对自由二极管的需求 满足负载转储和其他汽车规格 应用 终端产品 驱动窗口,门闩,门,天线继电器 汽车 工业设备 电路图、引脚图和封装图...

  MC79L 线负线性稳压器是一款价格低廉,易于使用的器件,适用于需要高达100 mA电流的众多应用。与功率更高的MC7900系列负调节器一样,该线性稳压器具有热关断和电流限制功能,使其非常坚固耐用。在大多数应用中,无需外部元件即可运行。 MC79L00线性稳压器适用于卡上调节或需要适度电流水平的稳压负电压的任何其他应用。与常见的电阻/齐纳二极管方法相比,该稳压器具有明显的优势。 规格: MC79L00AB MC79L00AC 容差 4% 4% 温度范围 -40°C到+ 125°C 0°C至+ 125°C 封装 SOIC-8,TO-92 SOIC-8,TO-92 特性 无需外部组件 内部短路电流限制 内部热过载保护 低成本 提供的互补正稳压器(MC78L00系列) 无铅封装是Av ailable 电路图、引脚图和封装图...

  MC78L 线A系列线性稳压器是价格低廉,易于使用的器件,适用于需要高达100 mA稳压电源的众多应用。与其更高功率的MC7800和MC78M00系列同类产品一样,这些稳压器具有内部限流和热关断功能,使其非常坚固耐用。在许多应用中,MC78L00设备无需外部组件。与传统的齐纳二极管 - 电阻器组合相比,这些线性稳压器具有显着的性能优势,因为输出阻抗和静态电流显着降低。 规格: MC78L00AB MC78L00AC 容差 4% 4% 温度范围 -40°C至+ 125°C 0°C至+ 125°C 封装 SOIC-8,TO-92 SOIC-8,TO-92,SOT -89 特性 广泛的可用固定输出电压 低成本 内部短路电流限制 内部热过载保护 无需外部组件 互补提供负调节器(MC79L00系列) 无铅封装是Av ailable 电路图、引脚图和封装图...

  8是一款低功耗升压稳压器,旨在通过单节锂离子或锂离子电池提供稳定的3.3 V输出。输出电压选项固定为3.3 V,在VIN = 2.3 V时保证最大负载电流为200 mA,在VIN = 3.3 V时保证300 mA。关断模式下的输入电流小于1μA,从而最大限度地延长电池寿命。 PFM操作是自动的并且“无故障”。该稳压器可在低负载时保持低至37μA静态电流的输出调节。内置功率晶体管,同步整流和低电源电流的组合使FAN4868成为电池供电应用的理想选择.FAN4868可在6-凸点0.4 mm间距晶圆级芯片尺寸封装(WLCSP)。 特性 使用少量外部元件工作:1μH电感和0402外壳尺寸输入和输出电容 输入电压范围为2.3 V至3.2 V 固定3.3 V输出电压选项 最大负载电流

  150 mA,VIN = 2.3 V 最大负载电流300 mA,VIN = 2.7 V,VOUT = 3.3 V 低工作静态电流 True Load Disc关机期间的连接 具有轻载省电模式的可变导通时间脉冲频率调制(PFM) 内部同步整流器(无需外部二极管) 热关断和过载保护 6-Bump WLCSP,0.4 mm间距 应用 终端产品 为3.3 V核心导轨供电 PDA...

  155将MOSFET驱动器,高端MOSFET和低端MOSFET集成在一个封装中。驱动器和MOSFET已针对高电流DC-DC降压功率转换应用进行了优化。与分立元件解决方案相比,NCP302155集成解决方案大大降低了封装寄生效应和电路板空间。 特性 平均电流高达55A 能够以高达2 MHz的频率切换 兼容3.3 V或5 V PWM输入 支持Intel®PowerState 4 使用3级PWM的零交叉检测选项 内部自举二极管 热警告输出和热关机 应用 终端产品 台式机和笔记本微处理器 服务器和工作站,V-Core和非V核DC-DC转换器 大电流DC-DC负载点转换器 小型电压调节器模块 电源和笔记本 电路图、引脚图和封装图...

  151将MOSFET驱动器,高端MOSFET和低端MOSFET集成到单个封装中。驱动器和MOSFET已针对高电流DC-DC降压功率转换应用进行了优化。与分立元件解决方案相比,NCP303151集成解决方案大大降低了封装寄生效应和电路板空间。 特性 能够达到50 A的平均电流 30 V / 30 V击穿电压MOSFET具有更高的长期可靠性 能够以高达1 MHz的频率切换 与3.3兼容V或5 V PWM输入 正确响应3级PWM输入 精确电流监测 具有3级PWM的过零检测选项 内部自举二极管 欠压锁定 支持英特尔®PowerState 4 应用 桌面和笔记本微处理器 图形卡 路由器和交换机 支持英特尔®PowerState 4 电路图、引脚图和封装图...

  055将MOSFET驱动器,高端MOSFET和低端MOSFET集成在一个封装中。驱动器和MOSFET已针对高电流DC-DC降压功率转换应用进行了优化。与分立元件解决方案相比,NCP302055集成解决方案大大减少了封装寄生效应和电路板空间。 特性 平均电流高达50A 能够以高达2 MHz的频率切换 兼容3.3 V或5 V PWM输入 支持Intel®PowerState 4 使用3级PWM的零交叉检测选项 内部自举二极管 热警告输出和热关机 热关机 应用 终端产品 台式机和笔记本微处理器 服务器和工作站,V -Core和非V-DC DC-DC转换器 大电流DC-DC负载点转换器 小型电压调节器模块 电源和笔记本 电路图、引脚图和封装图...

  2是一款可调输出非同步升压控制器,用于驱动外部N沟道MOSFET。该器件采用峰值电流模式控制和内部斜率补偿。该IC集成了一个内部稳压器,为栅极驱动器提供电荷。保护功能包括内部设置软启动,欠压锁定,逐周期电流限制,打嗝模式短路保护和热关断。其他功能包括低静态电流睡眠模式和外部同步开关频率。 特性 优势 工厂可编程 灵活性 4.8 V至45 V操作 使用反极性保护二极管通过起动和负载转储进行操作 -40 C至150 C操作 汽车级 双功能启用/同步引脚 紧凑SOIC8包中的额外功能 应用 终端产品 仪表盘 引擎集群 启动/停止应用程序 导航 LED背光 汽车应用 电路图、引脚图和封装图...

  NCP81174 具有省电模式和PWM VID接口的多相同步降压控制器

  74是一款通用型四相同步降压控制器。它结合了差分电压检测,差分相电流检测和PWM VID接口,为计算机或图形控制器提供精确的稳压电源。它可以从处理器接收节电命令(PSI),并以单相二极管仿真模式工作,以获得轻载时的高效率。双边沿多相PWM调制确保快速瞬态响应,并尽可能减少电容。 应用 终端产品 GPU和CPU电源 显卡的电源管理 台式电脑 笔记本电脑 电路图、引脚图和封装图...


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