(3)LLC开关电源稳压工作原理
一般的开关电源,其稳压控制方式是用PWM波来控制开关管导通的时间,也称为PWM控制方式。而LLC开关电源输出在正弦波状态,正弦波的正负半周是对称的.也就不存在控制开关管导通时间的问题。LLC开关电源是采用控制频率的方式来达到稳定输出电压的目的.即控制振荡器的振荡频率和输出谐振电路的频偏大小,从而实现稳压工作。
在本电源电路中.T831初级绕组L和C842组成了串联谐振电路,在谐振时电感的感抗等于电容的容抗,电容上的压降则等于电感上的压降,两个压降的相位反向1800.相互抵消。此时谐振电路理论上总阻抗等于零,电路的电流达到最大值.也就是在谐振时电路具有最大的功率输出,当输出负载不变时,则谐振时具有最高的电压输出。
但是电路在进行功率输出时,负载电流不是恒定的,流过电感L的电流也会发生变化.电流的变化影响了电感L的饱和程度,其电感量也随之变化。电感量的变化引起了L和C842组成的谐振电路谐振频率的变化.从而引起失谐,影响输出能量的传递。LLC谐振型开关电源就是利用这一特点,适当的选取振荡器振荡频率与谐振电路谐振频率的频偏值.当负载电流变化引起输出电压波动时.造成的谐振频率变化使能量的传递也在变化.正好弥补了因输出电流变化引起的电压变化。
下图是L和C842组成谐振电路的能量传递曲线.图中f所示是谐振电路的谐振点。而F是振荡器的振荡频率.从曲线上可以看出.谐振电路的谐振点和振荡器的振荡频率不在一个频率点上,存在一个频偏.并且谐振频率低于振荡频率。进一步分析曲线.如果谐振电路的谐振频率f增高.f就会靠近F.电路的输出功率就会增加,表现为输出电压升高:反之,谐振频率f如果降低,输出功率就下降,输出电压就降低。
结合上面的稳压原理来分析实际电路,当输出负载加重时,输出电压下降、电流加大,流过L的电流就增大。L上电流增加促使L的电感量下降,通过下面的计算公式,当L的电感量减小时,L和C842组成谐振电路的谐振频率f_上升。再根据谐振电路能量传递曲线,谐振频率f上升.使f向右靠近F.从而使电路输出功率提升,提高了输出电压,从而实现稳压工作。
反之,如果输出负载减轻时,输出电压上升.流过L的电流减少.L的电感量就上升。L的电感量上升使其和C842组成的谐振电路谐振频率出现下降.f向左拉大了与F的距离,从而使电路的输出功率下降,降低了输出电压,完成稳压控制。
(4)单端功率输出开关电路
本开关电源采用了N+N沟道单端功率放大电路作为功率输出级,具有电路简单、波形失真小、效率高的特点,也是LLC开关电源所采甩的最基本电路。在本电路中.V832和V833即为N沟道MOS管.分别作为上桥开关管和下桥开关管使用。
V832和V833激励信号的直流电平相差非常大.达到380V.而且两路激励信号必须是相位反相、幅度相同,该激励信号从N831(15)脚和(11)脚分别输出。一般来说,集成电路设计输出两路幅度相同、相位反相的激励信号比较简单,但如果两路激励信号的直流电平相差高达380V.设计起来就很困难,而且此电位差还要随开关管的工作状态而不断变化,因此需要外加自举升压电路来完成。
集成电路N831(16)脚是上桥开关管激励电路的供电端,在电路中它没有直接使用(12)脚的vCC供电,而是经过二极管VD831再连接到vcc供电端。(16)脚还接了一只电容器C836,C836的另一端接在(14)脚,即上桥开关管的源极(功率输出端).这就组成了一个自举升压电路。
VD831为自举升压二极管.C836为自举升压电容。电路如下图所示。
当负激励信号通过N831内部的上桥开关管灌流电路Ql、Q2从(15)脚输出后,上桥开关管V832截止;同时,正激励信号通过下桥开关管灌流电路Q3、Q4从(11)脚输出,控制下桥开关管V833导通,如下图-A所示。此时功率放大器的输出端A点等效接地,电位为Ov.这样N831(14)脚电压也为Ov.vcc电压通过VD831开绐对C836充电,充电电压为上正下负,此时电容两端就保存了一个15V左右的vcc电压。
当正激励信号从N831(15)脚输出后,上桥开关管V832导通;同时,负激励信号从N831(11)脚输出,控制下桥开关管V833截止,如下图-B所示。此时放大器的输出端A点等效接PFC电压,电位为+380V,这样N831(14)脚电压由Ov升至+380V。此时,电容器C836的负端电位也由Ov被至+380V,由于C836在V832截止时间已经充电保存了一个上正下负的+15V电压.这样C836正端的电压就变为+395V(380V+15V=395V),从而实现了自举升压.电容器C836的正端连接在集成电路N831⑩脚,这样N831内部的上桥开关管灌流电路的供电端也就上升为+395V,保证了灌流电路的正常T作。此时,自举升压开关二极管VD831处于反偏状态,高电压也就不会对N831(12)脚vcC电压进行倒灌。
由此可见,N831(16)脚电压是随着上桥开关管V832的工作状态在15V和395V之间浮动,保证整个功率输出电路的正常工作,这也是N+N沟道功率放大电路的一个基本工作条件。这个浮动就是由(16)脚外接的VD831和C836组成的自举升压电路来完成的,所以(16)脚也是白举升压脚。此电路的工作原理类似于CRT电视机中场扫描自举升压电路的工作原理.有兴趣的读者可以自己分析一下.这样,LLC开关电源工作后,从N831(15)、(11)脚输出频率相同,相位相反的开关激励信号,分别送到上桥开关管V832和下桥开关管V833的栅极。在PFC供电及VD831、C836组成的自举升压电路的共同作用下,在V832的源极也就是N831(14)脚,形成Ov和380V变化的开关振荡信号。该振荡信号的振荡频率为F,送到后面由T831、C842组成的LLC谐振电路,由于谐振电路的工作频率f与F相差不大,有效保证了LLC电源的输出功率。