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LLC谐振回路电流 (tank current) 分析与测量这篇应用报告为您介绍对LLC谐振回路电流的分析。文章讨论和比较了功率电阻、电流变换器和电流探针三种电流测量方法，并介绍了这些电流测量方法的优点、缺点和应用情况。实验结果与理论分析相一致。 摘要在许多应用中，都要求前端转换器具备宽输入电压范围和高效率。由于在宽输入电压范围时效率较 低，因此大多数PWM DC-DC转换器都不能满足这些要求。因其电压增益特性和小开关损耗特点，人们提出使用LLC来实现高效率和宽输入电压范围要求【1】。这篇应用报告为您 介绍对LLC谐振回路电流的分析。文章讨论和比较了功率电阻、电流变换器和电流探针三种电流测量方法，并介绍了这些电流测量方法的优点、缺点和应用情况。 实验结果与理论分析相一致。1 引言LLC是前端DC-DC转换器的最佳备选项，它可以满足宽输入电压范围和高效率要求。 UCC25600专为使用谐振拓扑结构的DC/DC应用而设计，特别是LLC半桥谐振转换器。这种高度集成的控制器只有8支引脚，并使用小尺寸封装，它可 以极大简化系统设计和布局，同时还可以缩短产品上市时间【2】。因此，我们把LLC半桥谐振转换器作为一个例子，来分析谐振回路电流。2 谐振回路电流分析图1为一个LLC谐振半桥转换器电路。?S1和S2为一次MOSFET。?CS1和CS2为MOSFET漏极和源极之间的寄生电容器。?DS1和DS2为MOSFET的体二极管。? Lr和Cr为谐振电感器和谐振电容器。?Lm为变压器的磁电感器。? n为一次和二次线圈的匝数比? 二次整流器包含D1和D2。? CO为输出电容器。?RL为负载。? Vin为输入电压，而VO则为输出电压。?图 1 LLC谐振半桥转换器LLC 谐振转换器共有2个谐振频率：一个由Lr和Cr产生，如方程式1所示;另一个由Lr、Lm和Cr产生，如方程式2所示。一般而言，按照设计，正常输入电压 时LLC工作在fr频率下，从而实现最佳效率。开关频率大于fr。一次MOSFET的ZVS可以实现，但是二次二极管的ZCS无法实现;它被称作LC串联 谐振。当开关频率低于fr但高于fm时，可以同时实现ZVS和ZCS。由于某个时间内会出现Lr、Lm和Cr谐振，因此它被称作LLC串联谐振。在参考文 献【3】中，大部分负载范围的开关频率均低于fr，因此本应用报告会对频率低于fr的工作情况进行分析。??在 t2下，高侧MOSFET S1被关闭，但低侧MOSFET仍处于关闭状态，因此t2为死区时间之初。在此周期，谐振回路电流无法流经MOSFET;它对CS1充电，然后对CS2放 电。CS1和CS2参与谐振。CS1和CS2相等，并且都很小，因此该周期非常短。ZVS迅速达到。在现实系统中，CrCS1，因此在该 周期内，VCr几乎不变;可以把它看作是一个DC电压源。图3显示了一个简化版电路。??所有参数如方程式3和4所示，谐振频率等于方程式5。由于Ceq，fr3远远大于fr1和fr2。3 谐振回路电流测量方法要求电流波形时，可使用三种方法来测量电流。?小容限功率电阻?电流变换器(CT)?直接通过电流探针来测量谐振回路电流第 一种方法是小容限功率电阻，其与谐振回路中的其它组件串联。这种电阻必须拥有高分辨率和良好的温度性能。正常情况下，谐振回路通过一个端子连接接地，这样 可以减少测量的共模噪声。另外，它还是一种测量谐振回路电流的简单方法。但是，它会增加功耗，特别是在强电流条件下。另一方面，它改变了谐振参数，并使其 偏离初始设计。同时，由于要求高性能，因此它的成本价格也很高。?图 4 电流变换器等效模型第 二种方法是电流变换器(CT)，其一次侧与谐振回路串联。相比功率电阻(第一种方法)，这种方法的电阻较低，并且其功耗也低于功率电阻方法。另外，相比谐 振回路的Lr和Lm，CT的磁电感小到可以忽略不计。但是，由于许多寄生参数原因，CT并非是一种最佳解决方案。图4显示了CT的等效模型。由于二次漏电 感远大于一次漏电感，因此漏电感设置在二次侧。图4中：?Cps为一次线圈和二次线圈之间的寄生电容。?Cp为一次侧的寄生电容。?Cs为二次侧的寄生电容。?Lm为CT的磁电感。? R为采样电阻。当 使用硬开关开启或者关闭MOSFET时，电路状态立刻剧烈变化。这时，产生大量的开关噪声。这种噪声通过Cps耦合到CT的二次侧。另外，噪声还流经Cp 和Cs。Lm和Lleak也受到影响。如果使用通用电压探针来测量R的电压，则通常会出现一个高电压峰值;但是，如果使用差分电压探针，则Cps耦合的共 模噪声被消除，并且仅剩下差模噪声。电压峰值得到了有效降低。然而，差模电压探针测量的波形仍非真正的电流波形。第三种方法是直接使用电流 探针测量谐振回路电流。正常情况下，电流探针拥有较高的带宽，足以进行电源系