llc串连谐振半桥变换器在lcd tv电源中的应用

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1、LLC串连谐振半桥变换器在LCDTV电源中的应用摘要:介绍了采用NXP(原PHILIPS)公司LLC专用芯片TEA1610设计的LCDTV电源DC/DC隔离变换器,并描述了LLC串连谐振半桥变换器的工作原理、设计方法及其优缺点。　　关键词:LLC串连谐振半桥变换器ZVS效率交调　　:TM425:A:1007-9416(2010)09-0142-04　　　　1引言　　液晶电视(LCDTV)由于其高分辨率的画面和薄型化的结构受到广大用户的欢迎,并且由于其价格下降,使它正逐步取代传统的显象管(CRT)电视。但由于LCDTV薄型化的需要,

2、对LCDTV的内置电源也提出了比较高的要求:体积小、高度低、干扰小,特别是对于大尺寸(42寸及以上)的LCDTV,由于整机消耗功率大,用传统的反激或正激电路要同时做到体积小、干扰小是比较吃力的。LLC串连谐振半桥变换器因其开关管工作在零电压开关状态(ZVS)下,电路效率高,电磁干扰(EMI)小,可以比较容易实现体积小、干扰小的要求,因此特别适合应用在LCDTV电源中。另外,由于LCDTV电源均为多路输出,而LLC电路的多路负载交叉调整(交调)特性要明显优于正激、反激等电路,因此交调特性的改善也是在LCDTV电源中应用LLC电路所获

3、得的效果之一。　　　　2系统结构　　LCDTV电源的系统框图如图1所示,主要由EMI滤波模块、整流模块、PFC模块、DC/DC(隔离)变换模块和待机电源(隔离)模块组成,本文所要介绍的LLC串连谐振半桥变换器就是应用在DC/DC(隔离)变换模块电路部分的。　　LLC电路在此实现的功能是将PFC电路输出的400V直流电压转换为24V、12V、5.5V直流电压,并且满足输入输出安全隔离的要求,此电路的电路结构图如图2所示(为了方便电路原理的分析,此电路结构图为单路输出结构)　　图中Vin为输入电压,Vout为输出电压,Q1、Q2为半桥

4、电路的开关管,Lr、Lm和Cr组成LLC谐振电路,变压器次级经全波整流、滤波后获得直流输出电压。　　　　3工作原理　　3.1工作波形分析　　LLC电路的工作电压、电流波形如图3所示。图中ILr为ILm与INp之和。　　t0～t1:Q2关断,变压器初级只有励磁电流ILm流过,ILr给下桥臂Q2DS端的寄生电容充电,VDS2电压上升,次级二极管D1、D2均截止。　　t1～t2:VDS2电压上升到最大值,ILr流过Q1体内二极管,VDS1电压为负的二极管的正向压降。t0～t2为Q1、Q2的死区时间。　　t2～t3:Q1零电压导通,Q1导

5、通后,谐振电感Lr的电流反向减小后又正向增大,二极管D1导通,且由于LC谐振,Lr和D1电流波形为正弦波形状。　　t3～t4:变压器Ns1两端电压减小到不足以使二极管D1导通,D1电流减小到0,变压器初级只有励磁电流ILm流过。　　t4～t5:Q1关断,下桥臂Q2DS端寄生电容放电,VDS2电压下降。　　t5～t6:VDS2电压下降到最小值,ILr流过Q2体内二极管,VDS2电压为负的二极管的正向压降。t4～t6为Q1、Q2的死区时间。　　t6～t7:Q2零电压导通,Q2导通后,谐振电感Lr的电流正向减小后又反向增大,二极管D2导

6、通,且由于LC谐振,Lr和D2电流波形为正弦波形状。　　t7～t8:变压器Ns2两端电压减小到不足以使二极管D2导通,D2电流减小到0,变压器初级只有励磁电流ILm流过。　　由以上分析可知,开关管Q1、Q2导通时其DS两端电压均接近于0,而开关管关断时是容性关断的,因此开关管工作在零电压开关(ZVS)状态下。在传统的P硬开关变换器中,开关管的开通损耗占总的开关损耗的绝大部分,而LLC变换器的开通损耗几乎等于零。因此LLC变换器的效率比P硬开关变换器的损耗更小,效率更高。在电磁干扰(EMI)方面,由于开关管工作在ZVS状态下,dv/

7、dt和di/dt的数值要比P硬开关变换器的数值要小得多,而dv/dt和di/dt的数值越大,EMI越强,因此LLC变换器的EMI比P硬开关变换器的要小得多。　　3.2LLC变换器的工作区域　　LLC串连谐振半桥变换器的工作原理与传统的P变换器的工作原理完全不同,它始终工作在50%占空比的状态下,通过改变工作频率来改变变换器的增益,从而实现在不同负载和输入电压的情况下保持输出电压恒定,它是一种PFM变换器。LLC谐振回路的等效电路如图4所示,其直流电压增益曲线如图5所示。　　图6中横坐标为归一化频率f/fr1,纵坐标为电压增益　　其

8、中　　　　由图6可知,LLC谐振变换器存在fr1和fr2两个谐振频率,而且当工作频率f大于谐振频率fr1时,不管负载大小,变换器都工作在ZVS状态下;当f介于fr1与fr2之间时,得视负载大小来判断变换器是工作在ZVS还是ZCS状态下;当f小于fr