llc串連諧振半橋變換器在lcd tv電源中的應(yīng)用

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1、LLC串連諧振半橋變換器在LCDTV電源中的應(yīng)用摘要:介紹了采用NXP(原PHILIPS)公司LLC專用芯片TEA1610設(shè)計(jì)的LCDTV電源DC/DC隔離變換器,并描述了LLC串連諧振半橋變換器的工作原理、設(shè)計(jì)方法及其優(yōu)缺點(diǎn)。　　關(guān)鍵詞:LLC串連諧振半橋變換器ZVS效率交調(diào)　　:TM425:A:1007-9416(2010)09-0142-04　　　　1引言　　液晶電視(LCDTV)由于其高分辨率的畫面和薄型化的結(jié)構(gòu)受到廣大用戶的歡迎,并且由于其價(jià)格下降,使它正逐步取代傳統(tǒng)的顯象管(CRT)電視。但由于LCDTV薄型化的需要,

2、對(duì)LCDTV的內(nèi)置電源也提出了比較高的要求:體積小、高度低、干擾小,特別是對(duì)于大尺寸(42寸及以上)的LCDTV,由于整機(jī)消耗功率大,用傳統(tǒng)的反激或正激電路要同時(shí)做到體積小、干擾小是比較吃力的。LLC串連諧振半橋變換器因其開關(guān)管工作在零電壓開關(guān)狀態(tài)(ZVS)下,電路效率高,電磁干擾(EMI)小,可以比較容易實(shí)現(xiàn)體積小、干擾小的要求,因此特別適合應(yīng)用在LCDTV電源中。另外,由于LCDTV電源均為多路輸出,而LLC電路的多路負(fù)載交叉調(diào)整(交調(diào))特性要明顯優(yōu)于正激、反激等電路,因此交調(diào)特性的改善也是在LCDTV電源中應(yīng)用LLC電路所獲

3、得的效果之一?！　　　?系統(tǒng)結(jié)構(gòu)　　LCDTV電源的系統(tǒng)框圖如圖1所示,主要由EMI濾波模塊、整流模塊、PFC模塊、DC/DC(隔離)變換模塊和待機(jī)電源(隔離)模塊組成,本文所要介紹的LLC串連諧振半橋變換器就是應(yīng)用在DC/DC(隔離)變換模塊電路部分的?！　LC電路在此實(shí)現(xiàn)的功能是將PFC電路輸出的400V直流電壓轉(zhuǎn)換為24V、12V、5.5V直流電壓,并且滿足輸入輸出安全隔離的要求,此電路的電路結(jié)構(gòu)圖如圖2所示(為了方便電路原理的分析,此電路結(jié)構(gòu)圖為單路輸出結(jié)構(gòu))　　圖中Vin為輸入電壓,Vout為輸出電壓,Q1、Q2為半橋

4、電路的開關(guān)管,Lr、Lm和Cr組成LLC諧振電路,變壓器次級(jí)經(jīng)全波整流、濾波后獲得直流輸出電壓。　　　　3工作原理　　3.1工作波形分析　　LLC電路的工作電壓、電流波形如圖3所示。圖中ILr為ILm與INp之和。　　t0～t1:Q2關(guān)斷,變壓器初級(jí)只有勵(lì)磁電流ILm流過,ILr給下橋臂Q2DS端的寄生電容充電,VDS2電壓上升,次級(jí)二極管D1、D2均截止?！　1～t2:VDS2電壓上升到最大值,ILr流過Q1體內(nèi)二極管,VDS1電壓為負(fù)的二極管的正向壓降。t0～t2為Q1、Q2的死區(qū)時(shí)間?！　2～t3:Q1零電壓導(dǎo)通,Q1導(dǎo)

5、通后,諧振電感Lr的電流反向減小后又正向增大,二極管D1導(dǎo)通,且由于LC諧振,Lr和D1電流波形為正弦波形狀。　　t3～t4:變壓器Ns1兩端電壓減小到不足以使二極管D1導(dǎo)通,D1電流減小到0,變壓器初級(jí)只有勵(lì)磁電流ILm流過。　　t4～t5:Q1關(guān)斷,下橋臂Q2DS端寄生電容放電,VDS2電壓下降?！　5～t6:VDS2電壓下降到最小值,ILr流過Q2體內(nèi)二極管,VDS2電壓為負(fù)的二極管的正向壓降。t4～t6為Q1、Q2的死區(qū)時(shí)間。　　t6～t7:Q2零電壓導(dǎo)通,Q2導(dǎo)通后,諧振電感Lr的電流正向減小后又反向增大,二極管D2導(dǎo)

6、通,且由于LC諧振,Lr和D2電流波形為正弦波形狀。　　t7～t8:變壓器Ns2兩端電壓減小到不足以使二極管D2導(dǎo)通,D2電流減小到0,變壓器初級(jí)只有勵(lì)磁電流ILm流過?！　∮梢陨戏治隹芍?開關(guān)管Q1、Q2導(dǎo)通時(shí)其DS兩端電壓均接近于0,而開關(guān)管關(guān)斷時(shí)是容性關(guān)斷的,因此開關(guān)管工作在零電壓開關(guān)(ZVS)狀態(tài)下。在傳統(tǒng)的P硬開關(guān)變換器中,開關(guān)管的開通損耗占總的開關(guān)損耗的絕大部分,而LLC變換器的開通損耗幾乎等于零。因此LLC變換器的效率比P硬開關(guān)變換器的損耗更小,效率更高。在電磁干擾(EMI)方面,由于開關(guān)管工作在ZVS狀態(tài)下,dv/

7、dt和di/dt的數(shù)值要比P硬開關(guān)變換器的數(shù)值要小得多,而dv/dt和di/dt的數(shù)值越大,EMI越強(qiáng),因此LLC變換器的EMI比P硬開關(guān)變換器的要小得多?！　?.2LLC變換器的工作區(qū)域　　LLC串連諧振半橋變換器的工作原理與傳統(tǒng)的P變換器的工作原理完全不同,它始終工作在50%占空比的狀態(tài)下,通過改變工作頻率來改變變換器的增益,從而實(shí)現(xiàn)在不同負(fù)載和輸入電壓的情況下保持輸出電壓恒定,它是一種PFM變換器。LLC諧振回路的等效電路如圖4所示,其直流電壓增益曲線如圖5所示。　　圖6中橫坐標(biāo)為歸一化頻率f/fr1,縱坐標(biāo)為電壓增益　　其

8、中　　　　由圖6可知,LLC諧振變換器存在fr1和fr2兩個(gè)諧振頻率,而且當(dāng)工作頻率f大于諧振頻率fr1時(shí),不管負(fù)載大小,變換器都工作在ZVS狀態(tài)下;當(dāng)f介于fr1與fr2之間時(shí),得視負(fù)載大小來判斷變換器是工作在ZVS還是ZCS狀態(tài)下;當(dāng)f小于fr