新型組合式全橋LLC的控制電路

寇學鋒 李永鋒 劉劍鋒 范超

摘要 一般開關電源多采用單一移相全橋控制方式或單一的LLC并聯諧振變頻控制方式，對比分析：這兩種單一的控制方式各有優劣。本文研究出了一種新型的組合式控制電路，將變頻和移相這兩種單一的控制方式進行了有效組合，優勢互補：在較低電壓輸入時用LLC并聯諧振方式進行針對性控制;在較高電壓輸入時用移相全橋方式進行針對性控制，從而有效解決了單一控制方式應對寬范圍電壓輸入時變換器內效率難以得到提升的難題。

[關鍵詞]組合控制策略 LLC變換器 移相全橋 開關電源

在大功率開關電源使用實踐中，存在輸出電壓需要有較大調節范圍，或者負載變化率較大，移相全橋可以實現較寬的電壓輸出，但是無法全負載范圍內的軟開關，在非額定負載情況下，開關損耗較大。而LLC諧振變換器可以實現全負載范圍內的軟開關，適用阻性負載和電壓調節不大的場合。而兩者的有機組合則可以很好解決上述難題

1 全橋LLC工作原理

LLC諧振變換器可實現開關管的零電壓開關Z-V-S （Zero-Voltage- Switching）或者零電流開關Z-C-S （Zero-Current-Switching），LLC諧振變換器包含一個帶MOSFET的控制器，一個諧振網絡和一個整流器網絡，通過電感、電容諧振網絡，從而大幅降低開關損耗。LLC諧振變換器副邊整流二極管能實現z-c-s，能夠在全負載范圍內實現所有開關管的Z-V-S，調壓特性具良好。

全橋LLC諧振變換器工作原理見圖1，其中原邊開關管Ql到Q4對應的體二極管依次為Dl到D4的，副邊整流二極管DR1到DR4對應的結電容依次為Cl到C4，輸出濾波電容為Cf，變壓器原副邊匝比為n，負載為RLd。而諧振電感Lr、諧振電容Cr和激磁電感Lm均為諧振元件。

其中，fr為變換器諧振頻率，其定義見（1）

2 變頻控制工作方式

在變頻控制工作電路中，由于開關頻率fs與諧振頻率fr不同大小的配置關系，導致LLC諧振變換器產生了兩種工作方式，即升壓工作方式和降壓工作方式。

LLC諧振變換器的在變頻控制工作方式下的波形見圖2。

3 移相控制工作方式

移相控制工作電路中，在保持開關頻率fs等于諧振頻率丘的條件下，其輸出電壓通過調節移相角（相位角）進行調節，此時變換器工作波形見圖3。

4 控制電路工作原理

控制電路工作原理見圖4，UCC3895為控制芯片，Vo為輸出電壓，其經過Rl和R2兩個分壓電阻分壓后，取得采樣電壓與輸出電壓基準Vrl比較，其比較差值在通過電壓調節器后得到控制電平Va。而Va與UCC3895的EAP占空比控制引腳相連，控制占空比的大小，然后通過V-F控制器與UCC3895的RT腳進行控制。

移相控制方式：移相控制通過UCC3895集成芯片、電壓調節器輸出信號ve與UCC3895集成芯片內部鋸齒波交截所產生移相占空比D進行控制。其控制邏輯依次為Vo—Ve—D一Vo，從而實現移相的自動調節。

變頻控制方式：專用集成芯片UCC3895的頻率設置腳為RT和CT，變頻控制方式為流過RT腳的電流經鏡像比例后給腳電容CT充電，RT腳電流的大小決定了集成芯片頻率大小。其控制邏輯依次為Vo- Va—Vb- Ve—fs—Vo，從而實現頻率的自動調節。

5 組合控制工作機理

在組合控制中這兩種控制方式相對獨立，專用集成芯片UCC3895內部的鋸齒波為3.15V，在Va>3.15V時，變換器按滿占空比進行工作，故以3.15V作為切換點，將Va分為兩段，詳見圖4，此時，若Va>3.15V時，則變換器按變頻控制方式進行工作;若Va<3.15V時，則變換器按移相控制方式進行工作，即兩種控制方式不同時出現。

當Va>3.15V時，開關電源于變頻工作方式。Vb的電壓與Vr3通過比較器進行輸出得到Ve。Ve的大小取決于Vb與Vr3的比較放大后的電壓。通過與Vrt（UCC3895芯片RT引腳的電壓）的電壓差，來改變RT引腳的電流，從而改變控制頻率。差分比較器采用單電源供電，當VbVr3時，Vc=OV。此時RT引腳的電流最大，即達到最大控制頻率fmax。

在實際設計電路時，Vr3和R7的取值決定于fmax，即移相頻率。在穩定設計電路中，通過改變R7的值即可更改fmax的值，方便調試和測試，該電路的設計具有良好的應用價值。

6 試驗結果

在實驗室中，根據上述組合集優的設計思想，制作了一臺3kw的原理樣機見圖5，通過測試得出變頻和移相控制方式下工作波形如圖6至圖10所示。

7 結論

通過實際的試驗結果表明，該電路的可以很好的工作的兩種模式下，切換過程比較完善，滿足理論設計的要求。