摘要： 全球性的节能减排绿色革命运动促进了电子电器产品电源系统的效率无论是在工作状态或待机状态都在不断提高。同时，轻便易于携带的使用要求，也推动了许多电子产品的外形尺寸减小，重量减轻。这种使用要求也相应给电源系统的设计提出了条件。为减小开关电源的尺寸、重量，提高开关频率是重要的基础性技术。
关键字： 电源 变压器 电感器
全球性的节能减排绿色革命运动促进了电子电器产品电源系统的效率无论是在工作状态或待机状态都在不断提高。同时，轻便易于携带的使用要求，也推动了许多电子产品的外形尺寸减小，重量减轻。这种使用要求也相应给电源系统的设计提出了条件。为减小开关电源的尺寸、重量，提高开关频率是重要的基础性技术。因为开关频率高了，才可以使电源系统所必需使用的电容器、电感器和变压器的尺寸和重量减小。但是，对于硬开关变换器来说，提高开关频率往往表示开关损耗将增加，为此，也很难使电源效率达到所要求的目标。为解决这个矛盾，利用谐振技术实现的较“软”的开关变换器将是一种可行的解决方案。以下推荐由飞兆半导体提供的一种新的集成控制器FSFR2100，可为LLC型谐振半桥变换器提供软开关。
FSFR2100是在9脚SIP封装中整合了控制器和高压FET，适用于450W以及以下功率的产品应用。FSFR2100是专门针对LLC型谐振半桥变换器设计的。采用FSFR2100的LLC变换器的典型电路图见图1所示。在图中可以看出，该谐振变换器与硬开关固定频率变换器的区别在于，前者在电源系统的某处增加了一个LC谐振网络。图1中，谐振网络由变压器泄漏电感L1k、谐振电容Cr、以及磁化电感Lm组成。谐振网络的低通滤波作用使整个电源系统中的功率处理以正弦方式进行。这样，通常就可以使变换器的EMI信号更低。此外，主开关可以在谐振变换器中软换向，这将显著降低开关损耗，从而允许器件在更高的频率时工作。LLC变换器电源系统的特征波形见图2所示。图中所示的是FET的软开关电路图及其初级端的正弦电流波形图。
由图2表示，FET(Q2)的体二极管在FET开通之前暂时导通，这使得FET的寄生电容在FET被开通之前对其断开状态电压进行放电，从而实现零电压切换。这便可以大幅度降低FET的开关损耗。此外，还应该注意，次级端二极管以零电流形式进行开关切换。FET损耗的下降，又结合二极管，即可大幅度降低开关损耗，并允许更高的工作频率。
LLC类型的谐振变换器还具有其它一些优势，例如，谐振网络的谐振电感包含了变压器泄漏电感。这种泄漏/谐振电感可以内置于变压器中，这样就减少了一个部件，从而也节省了成本和印制电路板(PCB)的面积。
众所周知，LLC谐振变换器是频率可变的系统。也就是说，这种反馈电路可以根据负载的变化改变变换器的开关频率，以保持输出电压的恒定。在其它类型的谐振变换器，由于维持调节功能需要很大的频率变化，这就可能产生一些问题。而LLC谐振变换器有两个谐振频率，分别由以下方程式(1)和式(2)给予表述。另外，第二个谐振频率的引入将使增益特性改变为如图3所示。[#page#]
在图3中，代表不同输出负载的各条Q曲线都汇聚在更高的谐振频率fo处。LLC变换器将被设计为工作在更高的谐振频率fo附近，故随着负载的变化（如各Q曲线的变化所示），频率将始终非常接近于fo。因此，在LLC变换器中，维持调节功能所需的频率变化非常小。即使在无负载情况下也是如此。这时，LLC变换器即要维持调节，又得继续以零电压开关工作。
(1)
式中，Lr=L1kp+Lm//n2L1ks；n=Np/Ns
(2)
式中，Lp=Lm+L1kp
在式(1)中的Lr是谐振电感，是变压器次级泄漏电感反射到初级的等效电感和初级的磁化电感的并联值与初级泄漏电感之和。在实际的变压器中，这个量值可以通过测量次级线圈短路时的初级电感值来得到。在式(2)中的Lp是初级磁化电感和初级端泄漏电感的总和。Lp的值可以通过测量次级线圈断开时的初级电感获得。
图3中的Q之定义是谐振网络特征阻抗除以负载反射阻抗。
(3)
式中，
飞兆半导体公司推出的FSFR2100模块整合了该公司的高性能的体二极管为超快速恢复二极管的Super FETTM(trr=120ns)，从而允许设计LLC变换器的频率高达300kHz。FSFR2100中的SuperFETTM的导通阻抗Rds(on)低至0.38Ω。使用了FSFR2100，电源的效率可提高到95%。这意味着使用FSFR2100的LLC变换器不需要散热器就能够提高至200W的能量。FSFR2100还整合了所有必要的保护功能，包括过流保护(OCP)，过压保护(OVP)，异常过流保护(AOCP)和过热开断(TSD)等等。
（编译自www.chinaEM.com.cn）
