半橋LLC諧振電路設計與研究

南文銳

摘要：基于TI公司的數字電源管理芯片UCD3138，設計了一款給LED燈供電的數字開關電源，該電源采用DC/DC變換的半橋LLC諧振電路，該電路研究了半橋LLC諧振變換器參數設計技術，探索LLC諧振變換器數字驅動與數字控制技術，滿足LED燈DC/DC變換器輸入電壓范圍寬、變換效率高，安全可靠性高等要求的高效率數字半橋LLC諧振變換器。

關鍵詞：數字電源；UCD3138；半橋LLC

中圖分類號：TM46 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）06-0161-01

UCD3138是基于ARM7的一款數字電源管理控制芯片，本設計采用UCD3138作為控制器。德州儀器 （TI）為優化AC/DC 及隔離式 DC/DC 電源應用推出業界最高集成度且可配置數字電源管理控制器，進一步壯大其豐富的模擬及數字電源管理解決方案陣營。該 UCD3138為設計人員提供創新途徑，可為服務器、電信整流器以及大功率 DC/DC 模塊中各種電源拓撲提高電源密度與可靠性。

數字控制功能可幫助設計人員進一步發揮電源系統作用，包括在多個平臺上重復使用硬件設計，針對每項應用調整性能并控制參數以實現多功能等，進而加速產品上市進程。為實現這一目標，UCD3138 在小型 6 毫米 x 6 毫米封裝中整合了強大的 32 位微處理器、高速高精度數據轉換器、多個可編程硬件控制環路以及不同的通信引擎。

1 系統結構

系統結構分為四個部分，輸入部分，諧振網絡，輸出部分和控制器。

2 各部分硬件電路的設計

2.1 直流400V輸入和半橋LLC諧振網絡及控制信號的設計

400V直流電壓經過兩個電容C1和C2濾波后輸入，開關管Q1和Q2承受400V，控制信號輸出帶死去的對稱互補PFM信號，使開關管Q1和Q2交替導通關斷。直流400V輸入經過諧振網絡，通過變壓器降壓后就可以得到所需的輸出110V直流電壓。

LLC的簡化FHA等效電路圖，LLC諧振變換器采用的是固定占空比通過改變開關頻率大小來調節輸出電壓的變頻控制模式（PFM）。相比傳統的PWM控制，變頻控制由于保持占空比固定更適用于輸入電壓范圍較寬的場合。而且當系統進入閉環時隨著輸入電壓的加大，頻率增大，回路電流減小，使得開關管的通態損耗減少。對于變頻控制的變換器，工作頻率的范圍是一個值得研究的內容，不同頻率下變換器的工作性能各不相同。在LLC諧振變換器中，由于該諧振網絡非單一的LC構成，固存在不同的特征諧振頻率。當變壓器向副邊傳遞能量時，其原邊電壓被輸出電壓箱位，諧振槽路中只有諧振電感Lr和諧振電容Cr發生諧振，其諧振頻率為串聯諧振頻率：

2.2 電流采樣環路設計

IO_SEN+和IO_SEN-連在采樣三個并聯采樣電阻兩端，采樣電阻的阻值為1m，通過計算可知每1A的的電流等效的采樣電壓為1mV，IO_SEN+和IO_SEN-的采樣是做一個過流保護的作用。IO_SENSE和EADC_IOSENSE采樣到UCD3138控制芯片，調節PFM的輸出，達到穩定電流的目的。

2.3 電壓采樣環路設計

輸出電壓控制環路，輸出電壓經UCD3138中EADC的EAP和EAN采樣，調節PFM，從而起到穩定輸出電壓的目的。

3 結語

半橋LLC諧振電路原理圖的設計，可進一步對半橋LLC諧振電路學習理解，為進一步完善設計，要學習UCD3138軟件編程實現電壓環和電流環路PID的設計。本設計具有較多的磁性元件，如，變壓器、串聯諧振電感、并聯諧振電感，占據了大部分的電源模塊體積。若能集成這些磁性元件，變換器的功率密度將得到大大的提高。

參考文獻

[1]周潤景，劉夢男，蘇良昱.Cadence高速電路板設計與仿真—原理圖與PCB設計[M].電子工業出版社，2011.endprint