LLC 系列谐振转换器能做多少？

LLC 谐振转换器的基本电路如下所述。LLC 谐振转换器一般包含一个带mosfet的控制器、一个谐振网络和一个整流器网络。控制器以50%的占空比交替为两个mosfet提供门信号，随负载变化而改变工作频率，调节输出电压vout，这称为脉冲频率调制(pfm)。谐振网络包括两个谐振电感和一个谐振电容(LLC )。谐振电感 lr、lm 与谐振电容cr 主要作为一个分压器，其阻抗随工作频率而变化(如式1所示)，以获得所需的输出电压。

我们可能已经考虑将 LLC 串联谐振转换器 (LLC-SRC) 放入到我们的下一个电源项目中。LLC-SRC 通常隐藏在另一个调节良好的功率级后面，如图 1 中的示例。这在电路成本方面并不理想，因为两级 PSU的BOM 成本总是高于单级 PSU。我们想要的是用可提供更高效率和更低 EMI 并避免增加 BOM 成本的替代拓扑来替换旧设计中的反激式转换器。LLC-SRC 真的被单级低成本拓扑选择标准 排除了吗?

图 1. 通用两级离线电源单元的功率级。

由于对输入电压变化的敏感性，LLC-SRC 在 LLC-SRC 前面需要另一个功率级。设计人员通常插入另一个功率级以为 LLC-SRC 提供良好调节的输入电压，因为它优化了 LLC-SRC 效率。一般来说，LLC-SRC 效率在两级 PSU 中可以 > 94%。

如果我们认真看了PMP5141设计示例，我们会发现PMP5141中的 LLC-SRC只能在 280V DC至 400V DC输入范围内工作。如果我们在单级 AC-DC 离线 PSU 中使用PMP5141 LLC-SRC 级，我们可能只接受 240V AC +/-10% 输入。此时，LLC-SRC 工作输入电压范围现在需要更宽。

较高的 L m /L r比率导致较窄的调节范围。因此，如果我们降低 L m /L r比率，则工作输入电压范围有能力扩大。PMP5141的比值接近 5。如果我们减小它的 L m使 L m /L r比值 3，最小输入电压可以低至 220V DC，如图 2 所示。LLC-SRC 参数现在是针对具有 176V AC至 276V AC输入范围的单级 PSU 进行了优化。

图 2. L r =72µH、Cr=0.033µF、n=8.333 和 Pout=240W的 LLC-SRC 的电压增益。

上面的示例说明了如何降低 L m /L r比率使单级 LLC-SRC PSU 成为可能。降低 L m的一个问题是 L m越小，初级侧的循环电流越高，这会降低转换器效率。请记住，我们现在是单级 PSU，我们没有像以前那样在 LLC-SRC 前面的功率级上降低效率。

PMP10283 是一款单级 LLC-SRC PSU，设计用于 88VAC-132VAC 或 176VAC-264VAC 输入，+/-30V/200W 输出。PMP10283 参考设计通过交流线路电压向单 LLC 谐振转换器级提供 30V/100W 和 -30V/100W 的输出。该设计的特点是电路成本低且效率高(120VAC 满负荷时效率超过 90%;240VAC 满负荷时约为 92%)。该设计使用适用于 LLC 谐振转换器的 UCC25600 谐振转换器控制器。

特性

· 88VAC-132VAC 或 176VAC-264VAC 输入

· +/-30V 200W 输出

· 转换器效率高达 92%

· 单级 AC-DC LLC-SRC

· 电路成本低

比较两级PMP5141的总效率时 和单级PMP10283 在图 3 中的 PSU 中，单级 LLC-SRC PSU 的性能要好得多。单级 LLC-SRC 效率可以与两级 PSU 一样好，并且提供更低的 Bom 成本。

图 3. PMP5141的总效率 和PMP10283。