半橋LLC諧振電路設(shè)計(jì)與研究

南文銳

摘要：基于TI公司的數(shù)字電源管理芯片UCD3138，設(shè)計(jì)了一款給LED燈供電的數(shù)字開關(guān)電源，該電源采用DC/DC變換的半橋LLC諧振電路，該電路研究了半橋LLC諧振變換器參數(shù)設(shè)計(jì)技術(shù)，探索LLC諧振變換器數(shù)字驅(qū)動(dòng)與數(shù)字控制技術(shù)，滿足LED燈DC/DC變換器輸入電壓范圍寬、變換效率高，安全可靠性高等要求的高效率數(shù)字半橋LLC諧振變換器。

關(guān)鍵詞：數(shù)字電源；UCD3138；半橋LLC

中圖分類號(hào)：TM46 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2017）06-0161-01

UCD3138是基于ARM7的一款數(shù)字電源管理控制芯片，本設(shè)計(jì)采用UCD3138作為控制器。德州儀器 （TI）為優(yōu)化AC/DC 及隔離式 DC/DC 電源應(yīng)用推出業(yè)界最高集成度且可配置數(shù)字電源管理控制器，進(jìn)一步壯大其豐富的模擬及數(shù)字電源管理解決方案陣營(yíng)。該 UCD3138為設(shè)計(jì)人員提供創(chuàng)新途徑，可為服務(wù)器、電信整流器以及大功率 DC/DC 模塊中各種電源拓?fù)涮岣唠娫疵芏扰c可靠性。

數(shù)字控制功能可幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)一步發(fā)揮電源系統(tǒng)作用，包括在多個(gè)平臺(tái)上重復(fù)使用硬件設(shè)計(jì)，針對(duì)每項(xiàng)應(yīng)用調(diào)整性能并控制參數(shù)以實(shí)現(xiàn)多功能等，進(jìn)而加速產(chǎn)品上市進(jìn)程。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，UCD3138 在小型 6 毫米 x 6 毫米封裝中整合了強(qiáng)大的 32 位微處理器、高速高精度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、多個(gè)可編程硬件控制環(huán)路以及不同的通信引擎。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為四個(gè)部分，輸入部分，諧振網(wǎng)絡(luò)，輸出部分和控制器。

2 各部分硬件電路的設(shè)計(jì)

2.1 直流400V輸入和半橋LLC諧振網(wǎng)絡(luò)及控制信號(hào)的設(shè)計(jì)

400V直流電壓經(jīng)過(guò)兩個(gè)電容C1和C2濾波后輸入，開關(guān)管Q1和Q2承受400V，控制信號(hào)輸出帶死去的對(duì)稱互補(bǔ)PFM信號(hào)，使開關(guān)管Q1和Q2交替導(dǎo)通關(guān)斷。直流400V輸入經(jīng)過(guò)諧振網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)變壓器降壓后就可以得到所需的輸出110V直流電壓。

LLC的簡(jiǎn)化FHA等效電路圖，LLC諧振變換器采用的是固定占空比通過(guò)改變開關(guān)頻率大小來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓的變頻控制模式（PFM）。相比傳統(tǒng)的PWM控制，變頻控制由于保持占空比固定更適用于輸入電壓范圍較寬的場(chǎng)合。而且當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入閉環(huán)時(shí)隨著輸入電壓的加大，頻率增大，回路電流減小，使得開關(guān)管的通態(tài)損耗減少。對(duì)于變頻控制的變換器，工作頻率的范圍是一個(gè)值得研究的內(nèi)容，不同頻率下變換器的工作性能各不相同。在LLC諧振變換器中，由于該諧振網(wǎng)絡(luò)非單一的LC構(gòu)成，固存在不同的特征諧振頻率。當(dāng)變壓器向副邊傳遞能量時(shí)，其原邊電壓被輸出電壓箱位，諧振槽路中只有諧振電感Lr和諧振電容Cr發(fā)生諧振，其諧振頻率為串聯(lián)諧振頻率：

2.2 電流采樣環(huán)路設(shè)計(jì)

IO_SEN+和IO_SEN-連在采樣三個(gè)并聯(lián)采樣電阻兩端，采樣電阻的阻值為1m，通過(guò)計(jì)算可知每1A的的電流等效的采樣電壓為1mV，IO_SEN+和IO_SEN-的采樣是做一個(gè)過(guò)流保護(hù)的作用。IO_SENSE和EADC_IOSENSE采樣到UCD3138控制芯片，調(diào)節(jié)PFM的輸出，達(dá)到穩(wěn)定電流的目的。

2.3 電壓采樣環(huán)路設(shè)計(jì)

輸出電壓控制環(huán)路，輸出電壓經(jīng)UCD3138中EADC的EAP和EAN采樣，調(diào)節(jié)PFM，從而起到穩(wěn)定輸出電壓的目的。

3 結(jié)語(yǔ)

半橋LLC諧振電路原理圖的設(shè)計(jì)，可進(jìn)一步對(duì)半橋LLC諧振電路學(xué)習(xí)理解，為進(jìn)一步完善設(shè)計(jì)，要學(xué)習(xí)UCD3138軟件編程實(shí)現(xiàn)電壓環(huán)和電流環(huán)路PID的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)具有較多的磁性元件，如，變壓器、串聯(lián)諧振電感、并聯(lián)諧振電感，占據(jù)了大部分的電源模塊體積。若能集成這些磁性元件，變換器的功率密度將得到大大的提高。

參考文獻(xiàn)

[1]周潤(rùn)景，劉夢(mèng)男，蘇良昱.Cadence高速電路板設(shè)計(jì)與仿真—原理圖與PCB設(shè)計(jì)[M].電子工業(yè)出版社，2011.endprint