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150 W 额定功率应用,其中两级 CRM 和LLC SRC 运行 表现出最佳性能.相比连续导通模式(CCM)升压 PFC 转换器,CRM 升压 PFC 能够在中低额定功率获得较高 的效率.这些优势的取得是因为消除了升压二极管的反 向恢复损耗和零电流开关 (ZCS) .与传统硬开关转换 器相比,LLC SRC DC-DC 转换器能够实现较高的效率. FL7930B 提供受控导通时间来调节输出直流电压,实现 自然功率因数校正.FAN7621S 包括高端栅极驱动电路 、精确的电流控制振荡器、频率限制电路、软启动和内 置保护功能.高端栅极驱动电路具有共模噪声消除能力 ,通过卓越的抗噪能力确保运行稳定.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. 图1. 典型应用电路 AN-9738 应用指南 ?

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2 1. BCM PFC 预调节器的基本工作原理 对于升压转换器而言,最常用的工作模式为连续导通模 式(CCM)和临界导通模式(BCM).这两种描述性名称 与流过升压转换器储能电感的电流相关,如? 图2 所示.顾名思义,在CCM 模式下电感电流为连续,但是在BCM 模式下,新的开关周期起始于电感电流回零时刻,处于 连续导通和断续导通工作模式的临界状态.即使BCM 工作下电感和功率开关具有较高的电流有效值,但是BC M 能够允许MOSFET 和二极管具有较好的开关条件.如? 图2所示,二极管不 存在反向恢复过程,无需使用快速恢复二极管.MOSFET 也因过零电流导通,可降低开关损耗. 图2. CCM与BCM控制 BCM PFC 基本概念是在每个开关周期电感电流从零开始,如? 图3 所示.当升压转换器的功率晶体管导通时间固定时,电 感电流峰值与输入电压成正比例.由于电流波形为三角 波,一个开关周期内的平均值则与输入电压成正比.对 于正弦输入电压,转换器的输入电流能够非常精确地跟 踪输入电压波形,获得正弦输入电流波形. 该性能使得工作在 BCM 模式下的升压转换器成为功率因数校正的理想备选方案 . BCM 工作模式的一个附带结果是:升压转换器在变化的 开关频率下运行,而且开关频率主要取决于设定的输出 电压、输入电压的瞬态值、升压电感的感值和传输至负 载的输出功率.当输入电流遵循正弦输入电压波形时工 作频率改变,如? 图3中所示.最低频率出现在正弦输入 电压峰值处. 图3. BCM PFC的工作波形 升压电感的伏-秒平衡方程为: (1) 其中,VIN(t)指整流后的线路电压,VOUT指输出电压. BCM 升压 PFC 的开关频率为: (2) 其中,VIN,PK指线路电压的峰值,fLINE指线路频率. ? 图4显示了随着输出功率下降,MOSFET 导通时间和开关 频率的变化趋势.当负载降低时,在? 图4右半部分,随着MOSFET 导通时间的减少,电感电流峰值相应降低, 结果开关频率大大提高.在轻载情况下,将导致严重的 开关损耗.在启动阶段,会出现过高的开关频率. FL7930B 的最大开关频率限度为

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3 图4. BCM PFC的频率变化 对于开关频率变化的BCM PFC转换器,其滤波器和电感 设计应该考虑最低频率.因此,有必要研究BCM PFC转 换器的最小工作频率是如何随着工作状况而变化的. 2. 关于 LLC 谐振转换器 无源元件的尺寸限制了开关电源功率密度的不断增加. 采取高频运行,可以大大降低无源器件,如变压器和滤 波器的尺寸.但是过高的开关损耗势必成为高频运行的 一大障碍.为了降低开关损耗和容许高频运行,谐振开 关技术已经得到了发展.这些技术采用正弦方式处理电 力,开关器件能够实现软切换.因此,开关损耗与噪声 显著降低. 在各种类型的谐振转换器中,最简单和最普遍的谐振转 换器为 LC 串联谐振转换器,其中整流器-负载电路与 LC 谐振电路串联,如? 图5所示.在该电路结构中,LC 谐 振电路与负载一起形成分压器.通过改变驱动电压 Vd的 频率,可以改变该谐振电路的阻抗.输入电压在谐振电 路阻抗与反射负载之间进行分压.由于 LC 串联谐振转 换器等效于一个分压器,因此其直流增益始终小于 1. 在轻载条件下,相比谐振电路的阻抗,负载阻抗较大, 这样,输入电压几乎全部施加在负载上.这使得轻载下 很难调节输出.在空载时,为了能够调节输出,理论上 谐振频率应该为无限大. 图5. 半桥 LC 串联谐振转换器 为了克服串联谐振转换器的限制,提出了 LLC 谐振转 换器.LLC 谐振转换器为一种改进型 LC 串联谐振转换 器,区别是变压器初级绕组并联了一个电感,如? 图6所示.采用并联电感可以增加初级绕组的环流,有利于电 路运行.由于这个概念不直观,在该拓扑首次提出时没 有受到足够的重视.但是,对于高输入电压的应用场合 ,与导通损耗相比,变换器的开关损耗占主导地位,此 时该谐振变换器在提升效率方面就显得十分突出. 在多数实际设计中,该分流电感往往通过变压器励磁电 感来实现.LLC谐振转换器的电路图与LC串联谐振转换 器的电路图十分相似.唯一的差别在于:励磁电感的取 值不同.串联谐振转换器的励磁电感远远大于 LC 串联 谐振转换器的励磁电感 (Lr),LLC 谐振转换器中的励磁 电感为 Lr的3~8 倍,通常通过在变压器中设置气隙来 实现. 图6. 半桥 LLC 谐振转换器 LLC 谐振转换器相对于串联谐振转换器具有众多优势. 它能在较宽范围内和较大负荷变化下对输出电压进行调 节,并且保持开关频率变化相对较小.在整个工作范围 内,能够获得零电压开关(ZVS).全部固有的寄生参 数均可以用于实现软开关,包括所有半导体器件的结电 容、变压器漏感与励磁电感. AN-9738 应用指南 ?