使用准谐振和谐振转换器提高电源效率，第2部分

我们分别研究了准谐振和 LLC 谐振转换器的电路图和框图。准谐振转换器电路图看起来与反激式转换器非常相似，只是有一个检测电路来帮助确定电压最小值的时序。

LLC 谐振转换器(因谐振电路中的三个组件而得名：变压器的磁化电感L m ;变压器的漏感L lk ;以及谐振电容C r )，与双开关正激转换器有很大不同。所需的大漏感意味着变压器以增加其正常漏感的方式缠绕，或者设计人员添加电感器。LLC 在初级侧具有半桥结构，但与双开关正激转换器不同，那里不需要任何二极管。并且在双开关正激变换器中没有使用谐振电容器。有两个输出二极管连接到中心抽头变压器的输出端。这些将谐振电路的交流输出整流为直流电压。不需要大输出电感器，这是双开关正激应用所必需的。

对于给定的输出功率，准谐振反激式变压器的尺寸最大，因为转换器在将其传输到次级侧之前将所有能量存储在初级侧。双开关正激转换器的情况并非如此，它在开关打开时将能量从初级侧传输到次级侧。与反激式转换器一样，双开关正激式转换器仅使用一个磁极。LLC 转换器同时使用两者，因此在所有条件相同的情况下，对于给定的功率水平，它通常更小。

频率和增益

准谐振和 LLC 谐振开关的好处包括降低导通损耗。缺点是频率随着负载的减少而增加。两个转换器的关断损耗随着频率的增加而变得更糟，其中t OFF 是关断时间。这会降低负载较轻时的效率。例如，Fairchild 的 FSQ0165RN 准谐振 FPS 电源开关使用特殊的频率钳位电路来抵消这个固有的缺点。控制器等待与最大频率对应的最短时间，然后开启下一个可用的最小值。

LLC 谐振转换器的另一个限制是其增益的动态范围非常有限。显示了 LLC 转换器的增益特性作为频率和负载的函数。在较高的谐振频率(在这种情况下为 100 kHz)，频率不会随着负载的变化而变化。但是，增益的动态范围很低，介于 1.0 和 1.4 之间。如果 1.2 代表具有 220 VAC 输入的系统增益以实现所需的输出电压，则动态范围将允许 189 至 264 VAC 的输入电压范围。因此，用这种拓扑结构不容易实现通用输入操作。但是，通过精心设计以允许保持时间条件，典型的欧洲电源是可能的。

增益的动态范围可以通过增加相对于励磁电感的漏电感来改善。权衡是由于较高的磁化电流而降低了轻负载效率。在实践中，我们使用第二个电感器来增加漏感;如果漏感太大，获得可重复的漏磁电感比存在实际限制。

应用

准谐振反激和 LLC 谐振转换器越来越多地用于嵌入式交流输入电源。准谐振转换器的实际工作范围从几瓦到大约 100 瓦。满载效率范围从集成解决方案的 7 瓦、12 伏电源的 81% 左右，到使用带有外部 MOSFET 的准谐振控制器的 70 瓦、22 伏电源的 88% 以上。低功耗示例的待机功耗远低于 150 mW;更高功率示例的待机功率小于 350 mW。使用较低的输出电压会迅速将效率降低到此水平以下。一个 5 瓦、5 伏的电源将在输出二极管中浪费至少 10% 的额定输出功率。

准谐振拓扑的另一个好处是 EMI 远低于硬开关应用。频率自然会随着 400 伏输入电容上的纹波而变化，并且会出现频谱扩展。此外，由于在较低电压下进行开关，共模 EMI 噪声降低，从而降低了开关噪声。

LLC 谐振转换器的实际工作范围约为 70 至 500 瓦左右。带有 PFC 前端的 FSFR2100 已用于实现 200 瓦至 420 瓦的电源。对于高达 200 瓦的应用，通常不需要散热器(在 FSFR2100 上)。通常建议在输出端使用肖特基二极管，这些二极管通常需要散热器。

同步整流方法可用于消除对散热器的需求。然而，MOSFET 的控制信号不容易产生。使用肖特基二极管的应用的典型峰值效率在 90 年代中期到 90 年代中期，具体取决于输入电压、输出电压和输出功率。