LLC谐振回路电流分析与测量

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1、LLC谐振回路电流(tankcurrent)分析与测量作者：MaxHan和ZhongYe，德州仪器(TI)电源管理/场应用摘要在许多应用中，都要求前端转换器具备宽输入电压范围和高效率。由于在宽输入电压范围时效率较低，因此大多数PWMDC-DC转换器都不能满足这些要求。因其电压增益特性和小开关损耗特点，人们提出使用LLC来实现高效率和宽输入电压范围要求【1】。这篇应用报告为您介绍对LLC谐振回路电流的分析。文章讨论和比较了功率电阻、电流变换器和电流探针三种电流测量方法，并介绍了这些电流测量方法的优点、缺点和应用情况。实验结果与理论分析相

2、一致。1引言LLC是前端DC-DC转换器的最佳备选项，它可以满足宽输入电压范围和高效率要求。UCC25600专为使用谐振拓扑结构的DC/DC应用而设计，特别是LLC半桥谐振转换器。这种高度集成的控制器只有8支引脚，并使用小尺寸封装，它可以极大简化系统设计和布局，同时还可以缩短产品上市时间【2】。因此，我们把LLC半桥谐振转换器作为一个例子，来分析谐振回路电流。2谐振回路电流分析图1为一个LLC谐振半桥转换器电路。lS1和S2为一次MOSFET。lCS1和CS2为MOSFET漏极和源极之间的寄生电容器。lDS1和DS2为MOSFET的体

3、二极管。lLr和Cr为谐振电感器和谐振电容器。lLm为变压器的磁电感器。ln为一次和二次线圈的匝数比l二次整流器包含D1和D2。lCO为输出电容器。lRL为负载。lVin为输入电压，而VO则为输出电压。图1LLC谐振半桥转换器LLC谐振转换器共有2个谐振频率：一个由Lr和Cr产生，如方程式1所示；另一个由Lr、Lm和Cr产生，如方程式2所示。一般而言，按照设计，正常输入电压时LLC工作在fr频率下，从而实现最佳效率。开关频率大于fr。一次MOSFET的ZVS可以实现，但是二次二极管的ZCS无法实现；它被称作LC串联谐振。当开关频率低于

4、fr但高于fm时，可以同时实现ZVS和ZCS。由于某个时间内会出现Lr、Lm和Cr谐振，因此它被称作LLC串联谐振。在参考文献【3】中，大部分负载范围的开关频率均低于fr，因此本应用报告会对频率低于fr的工作情况进行分析。图2为fm

5、后对CS2放电。CS1和CS2参与谐振。CS1和CS2相等，并且都很小，因此该周期非常短。ZVS迅速达到。在现实系统中，Cr>>CS1，因此在该周期内，VCr几乎不变；可以把它看作是一个DC电压源。图3显示了一个简化版电路。图3t2

6、时间为0时，VCeq的电压为，谐振回路电流为ILr，因此。时间ta时，VCeq的电压为，因此。根据方程式3，VCeq（t）为：其中，p1和p2为常量。我们定义，因此方程式6可以得到简化。iLr（t）表示为方程式8。分别代入方程式7和8中，常量系数p1和p2推导得：放入方程式6。根据方程式11，可推导出sin（ωrmta）和cos（ωrmta）。iLr（ta）如方程式12所示。由于推导得到所有参数，因此可得到iLr（ta）的确切值。本周期内谐振回路电流的变化被称作∆iLr，其如下所示：一般而言，谐振回路电流分析常常会忽略∆iLr，因为它

7、的值小于谐振回路电流的峰值，并且这种过渡周期远短于开关周期。但是，这种短过渡周期会给测量电路带来噪声。前述方程式可以验证测量结果是否为真。当为假时，应改进测量电路。1谐振回路电流测量方法要求电流波形时，可使用三种方法来测量电流。l小容限功率电阻l电流变换器（CT）l直接通过电流探针来测量谐振回路电流第一种方法是小容限功率电阻，其与谐振回路中的其它组件串联。这种电阻必须拥有高分辨率和良好的温度性能。正常情况下，谐振回路通过一个端子连接接地，这样可以减少测量的共模噪声。另外，它还是一种测量谐振回路电流的简单方法。但是，它会增加功耗，特别是

8、在强电流条件下。另一方面，它改变了谐振参数，并使其偏离初始设计。同时，由于要求高性能，因此它的成本价格也很高。图4电流变换器等效模型第二种方法是电流变换器（CT），其一次侧与谐振回路串联。相比功率电阻（第一种方法），这种