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基于LLC谐振变流器对LED驱动电源的设计

  半导体照明作为21 世纪的新型光源,具有节能、环保、寿命长、易维护等优点。用大功率高亮度)取代白炽灯、荧光灯等传统照明光源已是大势所趋。由于LED 自身特性,必须采用恒流源为其供电。因此,高效率恒流驱动电源的设计成为LED应用中一个重要研究对象。LLC半桥谐振变换器以其高效率、高功率密度等优点成为现今倍受青睐的热门拓扑, 但一般用于恒压输出场合,传统LLC 被认为不适合应用于宽范围恒流输出。变压器功率提高此处提出一种半桥LLC 新的设计方法,使其在宽范围恒流输出场合依然保持高效率。

  两个占空比为0.5 互补驱动的开关管VS1,VS2 构成半桥结构,谐振电感Lr、谐振电容Cr 和变压器的励磁电感Lm 构成LLC 谐振网络,变压器次级由整流二极管VD1~VD4 构成全桥整流电路。

  半桥LLC 变流器有两个谐振频率。当变压器初级电压被输出电压箝位时,Lm 不参加谐振,Lr和Cr 产生的串联谐振频率为f1;当变压器不向次级传递能量时,Lm 电压不被箝位,Lm,Lr,Cr 共同参与谐振,构成谐振频率f2 为:

  图2 示出半桥LLC 变流器在不同负载情况下的直流增益曲线)点)时,谐振回路阻抗最小,损耗最低。所以在普通设计中,一般将满载工作点设计在该点。

  图2 半桥LLC 的直流增益曲线 区间中, 开关管工作在容性区域,开关损耗大,所以在任何设计中都应该避免电路工作在此区域。而2 区间中,LLC 工作在谐振

  断续模式,可同时实现初级开关管ZVS 开通和次级整流管ZCS 关断,避免反向恢复,所以恒压输出的设计中, 一般将所有负载情况下的工作点设计在该区间中。但是在恒流宽电压范围输出设计中,负载变化大,对应的直流增益变化范围大, 很难保证全负载范围内所有的工作点均在ZVS 区域。并且电路工作在最大增益点和(1,1)点之间的曲线上, 这段曲线增益越小, 越接近谐振点。故仅能将满载工作点设计在直流增益高,即fs在图2 所示1 区间中,fs>

  f1,LLC 工作在谐振电流连续模式,初级开关管可实现ZVS 开通,次级整流管不能实现ZCS 关断,会有反向恢复过程,但在输出电流小的情况下影响不大。这一区间增益曲线斜率较大,直流增益可调的范围广,可满足恒流宽电压范围输出设计的要求。

  可见,为得到最佳设计点(即谐振点),仅需取期望的变压器绕组匝比Nnor=Uin /(2Uo)。

  由图2 可见,曲线增益越小,斜率越大。若满载的工作点设计在谐振点,输出电压降至一半(即Gdc 降至0.5)时的工作频率将达到2 倍谐振频率以上, 工作频率范围很广。为使工作频率范围变窄,可选择增益曲线斜率大的一段,即Gdc

  图3 中,虚线 V 变化时对应的Gdc, 实线 V 时等效负载的增益曲线,Uo 相同时对应的实线和虚线的交点即为电路实际的工作点。在此设计中,Uo 从200~100 V变化时,工作频率的范围为1.22f1~2.11f1.

  考虑到磁元件的设计, 电路满载时的工作频率设计在100 kHz 左右较为理想。为保证半载工作效率,半载频率不能太高。所以应当选择增益曲线中斜率较大的一段,即Gdc

  当f1 一定时,Cr 越小,Lr 越大,Q 越大,增益曲线的斜率越大,故减小Cr 可使半载的工作频率显著降低。从提高半载效率的角度考虑,Cr 越小越好,但Cr 越小,其两端的电压峰值则越大,要降低Cr 的电压

  ,Cr 应取越大越好。设计中应该折中考虑。Cr 确定后,根据f1 可计算出Lr 为:

  为使开关频率的范围缩窄, 实际变压器绕组匝比应小于期望的变压器绕组匝比,n

  从减小开关管导通损耗的角度考虑, 变压器Lm 的值越大,初级电流有效值越小,开关管的导通损耗也越小,故希望Lm 越大越好。但Lr 一定时,Lm 越大则m 越大,增益曲线的斜率变小。为保证所需的Uo 使变换器的工作频率范围变宽,会影响Uo 降到一半时的效率。所以,在保证一定的开关频率范围的前提下,Lm 越大越好。

  上述所有参数的设计需要综合考虑多方面因素,根据设计目标进行合理的取舍,针对具体应用场合找到最佳设计参数。

  根据上述理论分析,设计了一台恒流宽范围输出LLC 变换器样机,并进行了效率优化。指标要求为:Uin=400 V,输出电流Io=0.7 A,Uo=200~100 V.

  测得样机的效率曲线 所示。可见,fs 变化范围选择在80~150 kHz,f1 选在60 kHz 较为合理。样机效率较高,整机效率达到95.5%~97.2%.

  介绍了恒流宽范围输出LLC 谐振变流器的设计方法,指出其与传统恒压LLC 设计上的不同考虑,分析了各设计参数的影响。对于宽范围输出的LLC,工作区间应设计在开关频率高于谐振频率,直流增益小于1 的区域。实验证明,在整个负载变化范围内效率均高于95.5%.该设计方法较适合于小电流输出场合,样机输出电流为0.7 A.若是大电流输出,工作在连续状态下的LLC 开关管导通损耗、二极管关断损耗影响明显,效率会下降。

  信息FLS-XS系列通用照明功率控制器包含高度集成的功率开关,适合中到高功率流明应用。 FLS-XS系列具有构建可靠而鲁棒的半桥谐振转换器所需的一切特性,可以简化设计、提高生产力、改进性能。 FLS-XS系列将功率MOSFET与快速恢复型体二极管、高端门驱动电路、精确电流控制振荡器、频率限制电路、软启动和内置保护功能结合在一起。 高端门驱动电路具有共模噪声消除功能,通过卓越的抗噪能力确保运行稳定。 MOSFET的快速恢复体二极管可以提高异常工作条件下的可靠性,同时又能将反向恢复的影响降至最低。 使用零电压开关(ZVS)可大幅减少开关损耗,显著提高效率。 ZVS还可显著降低开关噪声,允许使用小尺寸的电磁干扰(EMI)滤波器。FLS-XS系列可应用于谐振转换器拓扑,如串联谐振、并联谐振和LLC谐振转换器。 50%占空比的可变频率控制,适合半桥谐振转换器拓扑 通过零电压开关(ZVS)实现高效率 带快速恢复体二极管的内部UniFET™ 为MOSFET优化的固定死区(350ns) 工作频率最高可达300kHz 自动重启操作,利用外部LV实现所有保护 保护功能: 过压保护(OVP)、过流保护(OCP)、异常过流保护(AOCP)、内部热关断...

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  系列通用照明功率控制器包含高度集成的功率开关,适合中到高功率流明应用.FLS-XS系列具有构建可靠而鲁棒的半桥谐振转换器所需的一切特性,可以FLS-XS系列将功率MOSFET与快速恢复型体二极管,高端门驱动电路,精确电流控制振荡器,频率限制电路,软启动和内置保护功能结合在一起。高端门,提高生产力,改进性能。 MOSFET的快速恢复体二极管可以提高异常工作条件下的可靠性,同时又能将反向恢复的影响降至最低。使用零电压开关(ZVS)可大幅减少开关损耗,显着提高效率。允许使用小尺寸的电磁干扰(EMI)滤波器.FLS-XS系列可应用于谐振转换器拓扑,如串联谐振,并联谐振和LLC谐振转换器。 特性 50%占空比的可变频率控制,适合半桥谐振转换器拓扑 通过零电压开关(ZVS)实现高效率 带快速恢复体二极管的内部UniFET™ 为MOSFET优化的固定死区(350ns) 工作频率最高可达300kHz 自动重启操作,利用外部LV CC 实现所有保护 保护功能:过压保护(OVP),过流保护(OCP) ),异常过流保护(AOCP),内部热关断(TSD) 应用 照明 电路图...

  信息FLS-XS系列通用照明功率控制器包含高度集成的功率开关,适合中到高功率流明应用。 FLS-XS系列具有构建可靠而鲁棒的半桥谐振转换器所需的一切特性,可以简化设计、提高生产力、改进性能。 FLS-XS系列将功率MOSFET与快速恢复型体二极管、高端门驱动电路、精确电流控制振荡器、频率限制电路、软启动和内置保护功能结合在一起。 高端门驱动电路具有共模噪声消除功能,通过卓越的抗噪能力确保运行稳定。 MOSFET的快速恢复体二极管可以提高异常工作条件下的可靠性,同时又能将反向恢复的影响降至最低。 使用零电压开关(ZVS)可大幅减少开关损耗,显著提高效率。 ZVS还可显著降低开关噪声,允许使用小尺寸的电磁干扰(EMI)滤波器。FLS-XS系列可应用于谐振转换器拓扑,如串联谐振、并联谐振和LLC谐振转换器。 50%占空比的可变频率控制,适合半桥谐振转换器拓扑 通过零电压开关(ZVS)实现高效率 带快速恢复体二极管的内部UniFET™ 为MOSFET优化的固定死区(350ns) 工作频率最高可达300kHz 自动重启操作,利用外部LV实现所有保护 保护功能: 过压保护(OVP)、过流保护(OCP)、异常过流保护(AOCP)、内部热关断...

  8是一款先进的脉冲频率调制(PFM)控制器,用于提供业界最佳隔离DC / DC转换器效率,包含同步整流功能(SR)的LLC谐振转换器。它采用基于电荷控制的电流模式控制技术,其中振荡器的三角波形与集成式开关电流信息结合,确定开关频率。这会提供更佳的功率级控制到输出传输功能,能够简化反馈回路设计,同时允许真实的输入功率限制特性。不管负载条件如何,闭环软启动功能都有助于防止误差放大器饱和并且允许输出电压的单调上升。双边缘跟踪自适应死区时间控制能够最小化体二极管导通时间,因此能够最大程度地提高效率。 特性 具有同步整流器控制功能的LLC谐振转换器次级端PFM控制器 电荷电流控制,实现更佳的瞬响应和轻松的反馈回路设计 具有双边缘跟踪功能的自适应同步整流控制 闭环软启动实现单调上升输出 较宽的工作频率(39 kHz至690 kHz) 提高轻载效率的绿色功能 - 轻负载条件下的对称PWM控制,能够限制开关频率,同时减少开关损耗 - 在轻载条件下禁用E353SR 具有自启动功能的保护功能 - 过流保护(OCP) - 输出短路保护(OSP) - 通过补偿削减(频移)防止非零电压开关(NZS)...

  信息 FAN6248是一款先进的同步整流器(SR)控制器,针对LLC谐振转换器拓扑结构进行了优化,外部元件最少。它有两个用于驱动SR MOSFET的驱动级,它们对次级变压器绕组的输出进行整流。两个栅极驱动器级具有它们自己的传感输入并且彼此独立地操作。自适应寄生电感补偿功能使体二极管导通最小化,从而最大限度地提高效率。先进的控制算法允许在整个负载范围内稳定的SR操作。 FAN6248有两个不同的版本--FAN6248HAMX具有较高的关断阈值电压,FAN6248HBMX具有较低的关断阈值电压。 高度集成的同步整流器独立控制,外部元件数量最少 针对LLC谐振转换器进行了优化 用于可靠SR操作的抗击穿控制 用于检测每个SR MOSFET的漏极和源极电压的独立100V额定检测输入 自适应寄生电感补偿以最小化体二极管传导 轻负载条件下的SR电流反转检测 轻载检测 自适应最小导通时间抗噪能力 工作电压范围高达30 V 低启动和待机电流消耗 工作频率范围为25kHz至700 kHz

  驱动器输出电压高达10.5 V,驱动所有MOSFET品牌降至最低RDS_ON 绿色模式下的低工作电流(典型值)。 350uA)...

  UCC24624高性能同步整流器(SR)控制器专用于LC谐振转换器,用SR MOSFET取代有损二极管输出整流器,提高整体系统效率。 UCC24624 SR控制器采用漏极 - 源极电压检测方法实现SR MOSFET的开关控制。实现比例栅极驱动以延长SR导通时间,最小化体二极管导通时间。为了补偿由MOSFET MOSFET寄生电感引起的失调电压,UCC24624实现了可调节的正向关断阈值,以适应不同的SR MOSFET封装。 UCC24624具有内置475 ns导通时间消隐功能,并具有650 ns的关断时间消隐功能,可避免SR错误导通和关断。 UCC24624还集成了双通道互锁功能,可防止两个SR同时打开。具有230V电压检测引脚和28V ABS最大VDD额定值,可直接用于转换器,输出电压高达24.75 V.内部钳位允许控制器通过添加外部限流电阻轻松支持36V输出电压在VDD上。 通过基于平均开关频率的内置待机模式检测,UCC24624可自动进入待机模式,无需使用外部组件。低待机模式电流为180μA,可满足现代空载功耗要求,如CoC和DoE法规。 UCC24624可与URC25630x LLC和UCC28056 PFC控制器一起使用,以实现高效率,同时保持出色的轻载和空...

  UCC29950可为交流 - 直流转换器提供LLC转换器级和CCM升压功率因数校正(PFC)级,从而实现全部控制功能。款转换器经过了优化,非常便于使用。 凭借专有CCM PFC算法,系统能够获得高效率,更小的转换器尺寸以及高功率因数等诸多优势。集成的LLC控制器可实现高效直流 - 直流转换级,利用软开关来降低电磁干扰(EMI)噪声。这款组合控制器兼具PFC控制和LLC控制,使得控制算法能够充分利用来自两级的信息。 该控制器包含一个启动控制电路,此电路采用耗尽型MOSFET且内置器件电源管理功能,可最大程度降低外部元件需求,并且有助于降低系统实现成本。 为进一步降低待机功耗,该控制器还集成了X-Cap放电电路.UCC29950实现了一整套系统保护功能,其中包括交流线路欠压保护,PFC总线欠压PFC和LLC,流保护和热关断保护。 特性 高效功率因数校正(PFC)和半桥谐振逻辑链路控制(LLC)组合控制器 连续导通模式(CCM)升压功率因数校正 支持自偏置或辅助(外部)偏置工作模式 完全内部补偿的PFC环路

  3步轻松设计PFC级(设计电压反馈,电流反馈和功率级) 100kHz固定PFC频率,具有抖动特性,...

  UCC25600高性能谐振模式控制器专为使用谐振拓扑的DC-DC应用而设计,尤其是LLC半桥谐振转换器。这款高度集成的控制器仅采用8引脚封装,实现了频率调制控制和完整的系统功能。切换到UCC25600将极大地简化系统设计和布局,并缩短产品上市时间,所有这些都低于竞争对手的16引脚器件产品。 内部振荡器支持40 kHz的开关频率至350 kHz。这种高精度振荡器实现了最小开关频率限制,容差为4%,使设计人员能够避免功率级的过度设计,从而进一步降低整体系统成本。可编程死区时间可实现零电压切换,磁化电流最小。这可以最大化各种应用程序的系统效率。可编程软启动定时器可最大限度地提高使用半桥拓扑结构的终端设备的各种要求所需的设计灵活性。通过采用0.4A源和0.8A吸收驱动能力,低成本,可靠的栅极驱动器变压器是一个线提供完整的系统保护功能,包括过流,UVLO,偏置电源OVP和过热保护。 特性 可变开关频率控制 可编程最小开关频率 4%精度(温度下3%精度

  范围:-20°C至105°C) 可编程最大开关频率 可编程死区时间以实现最佳效率 可编程软启动时间

  UCC256301是一款具有集成高电压栅极驱动器的全功能LLC控制器。此产品的设计目标是与PFC级配对使用以凭借最少的外部组件提供完整的电源系统。根据设计,所产生的电源系统无需单独的待机功率转换器即可满足最严格的待机功率要求,能使PFC级始终运行.UCC256301有一系列特性旨在使LLC转换器件的运行得到良好控制并提高其可靠性。此器件的目标是减轻LLC设计人员的负担,并使目前的主流应用受益于LLC拓扑的效率优势。 UCC256301使用混合迟滞控制来提供同类产品中最佳的输入电压和负载瞬态响应。在一个周期内,所需的控制力度大致与平均输入电流成正比。该控制使开环传递函数成为一阶系统,因此很容易进行补偿。系统始终保持稳定,具有适当的频率补偿。 UCC256301提供了在每个突发周期期间具有一致突功率电平的高效间歇模式。突发功率电平是可编程的,并随着输入电压自适应地改变,使得效率优化非常容易。 特性 混合迟滞控制(HHC) 同类产品中最佳的瞬态响应 简化补偿设计 优化的低功耗特性可支持在开启PFC的情况下达到75mW待机功耗设计 高级间歇模式

  UCC256304是一款具有集成高电压栅极驱动器的全功能LLC控制器。变压器功率提高此产品的设计目标是与PFC级配对使用以凭借最少的外部组件提供完整的电源系统。根据设计,所产生的电源系统无需单独的待机功率转换器即可满足最严格的待机功率要求.UCC256304使用混合迟滞控制来提供同类产品中最佳的线路和负载瞬态响应。该控制使开环传递函数成为一阶系统,因此很容易进行补偿,且始终保持稳定,具有适当的频率补偿。 UCC256304的独特之处在于该控制器具有较宽的直流输入工作范围。这是通过使输入过压检测阈值远大于输入电压起始阈值来实现的。因此LLC可在无需启动PFC的情况下启动并进入低功耗待机模式,并使LLC能够适应广泛的公共交流输入。 UCC256304提供了在每个突发周期期间具有一致突发功率电平的高效突发模式。率电平是可编程的,并随着输入电压自适应地改变。 特性 混合迟滞控制(HHC) 同类产品中最佳的瞬态响应 简化补偿设计 优化的低功耗特性可支持在开启PFC的情况下达到75mW待机功耗设计 高级突发模式 有助于确保符合CoC II级标准 从突发模式快速退出 改进的电容区规避方案 自适应死区时间 内部高侧栅极驱动器(0.6A和1...

  UCC256302是一款功能齐全的LLC控制器,集成了高压门控驱动器。它设计用于离线AC-DC或隔离DC-DC,使用最少的外部元件提供完整的电源系统。由此产生的电源系统旨在满足最严格的待机功率要求,而无需单独的备用电源转换器。 UCC256302具有集成的高压启动功能,无需外部偏置电源,减少了BOM数量并最大限度地减小了解决方案尺寸。 UCC256302使用hybridhysteretic控制来提供最佳的线路和负载瞬态响应。该控件使开环转换功能成为一阶系统,因此非常容易进行补偿。 UCC256302提供高效的突发模式,在周期突发时具有一致的突发功率电平。突发功率电平是可编程的,并随输入电压自适应地变化,使得效率的优化非常容易。 使用UCC25630x SelectionGuide 为您的设计选择合适的LLC谐振控制器 特性 集成高压启动 无需外部偏压供应 一流的瞬态响应 混合迟滞控制(HHC) 一流的瞬态响应 Easy CompensationDesign 优化的低功耗特性支持75 mW 支持PFC的待机电源设计 高级突发模式光耦合器低功耗操作 帮助实现对CoC层IIStandard的合规性 从突发模式快速退出 改进的电容区域规避方案 自适应死区时间 内部高侧栅极驱动器...

  UCC256303是一款具有集成高电压栅极驱动器的全功能LLC控制器。此产品的设计目标是与PFC级配对使用以凭借最少的外部组件提供完整的电源系统。根据设计,所产生的电源系统无需单独的待机功率转换器即可满足最严格的待机功率要求,能使PFC级始终运行.UCC256303有一系列特性,旨在使LLC转换器的运行得到良好控制并提高其可靠性。此器件的目标是减轻LLC设计人员的负担,并使目前的主流应用中LLC拓扑的效率。 UCC256303使用混合迟滞控制来提供同类产品中最佳的线路和负载瞬态响应。在一个周期内,所需的控制程度大致与平均输入电流成正比。该控制使开环传递函数成为一阶系统,因此很容易进行补偿。系统始终保持稳定,具有适当的频率补偿。 UCC256303提供了在每个突发周期期间具有一致突发功率电平的高效突发模式。突发功率电平是可编程的,并随着输入电压自适应地改变,使得效率优化非常容易。 特性 混合迟滞控制(HHC) 同类产品中最佳的瞬态响应 简化补偿设计 优化的低功耗特性支持在开启PFC时的75mW待机功耗设计 高级突发模式光汇合器低功耗运行 有助于确保符合CoC II级标准 从突发模式快速退出 改进的电容区规...

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