谐振转换器工作原理

4．主开关电源电路

（1）LLC谐振转换器工作原理

随着开关电源的发展，软开关技术得到了广泛的发展和应用，已推出了不少高效率的电路，尤其是谐振型的软开关电源和PWM型的软开关电源。近几年来，随着半导体器件制造技术的发展，开关管的导通电阻、寄生电容和反向恢复时间越来越小，这为谐振变换器的发展提供了又一次机遇。

对于谐振变换器来说，如果设计得当，能实现软开关变换，从而使得开关电源具有较高的效率。LLC谐振变换器实际上来源于不对称半桥电路，后者用调宽型（PWM）控制，而LLC谐振是调频型（PFM）。

LLC谐振电路简图如图10所示，工作波形图如图11所示。电路中有两只功率MOs管（S1和S2），其工作的占空比均为0.5。谐振电容为Cs。Tr为匝数相等的中心抽头变压器，其漏感为Ls，激磁电感为Lm（Lm在某个时间段也是一个谐振电感）。从图11中不难看出，在LLC谐振变换器中，谐振元件主要由谐振电容Cs、电感Ls和激磁电感Lm组成，LLC变换器的稳态工作原理如下：

当t=t1时，S2关断，谐振电流给S1的寄生电容放电，一直到S1上的电压为零，然后S1的体内二极管导通。此阶段D1导通，Lm上的电压被输出电压钳位，因此只有Ls和Cs参与谐振。

当t=t2时，S1在零电压的条件下导通，变压器原边承受正向电压；D1继续导通，S2及D2截止。此时Cs和Ls参与谐振，而Lm不参与谐振。

当t =t3时，S1仍然导通，而D1与D2处于关断状态，T：副边与电路脱开，此时Lm，Ls和Cs一起参与谐振。由于实际电路中Lm>>Ls，因此在这个阶段中，可以认为激磁电流和谐振电流都保持不变。

当t=t4时，S1关断，谐振电流给S2的寄生电容放电，一直到S2上的电压为零，然后S2的体内二极管导通。此阶段D2导通，Lm上的电压被输出电压钳位，因此只有Ls和Cs参与谐振。

当t=t5时，S2在零电压的条件下导通，Tr原边承受反向电压；D2继续导通，而S1和D1截止。此时仅Cs和Ls参与谐振，Lm上的电压被输出电压钳位，而不参与谐振。

当t =t6时，S2仍然导通，而D1和D2处于关断状态，Tr副边与电路脱开，此时Lm、Ls和Cs 一起参与谐振。实际电路中Lm> >Ls ，因此，在这个阶段可以认为激磁电流和谐振电流都保持不变。

（2）主开关电源电路分析

该电源板主开关电源电路主芯片L6599DIC2）的引脚功能与实测电压见表3所示。

1）启动控制

IC2的供电电路如图12所示，T2B绕组的感应电压经D10整流，Q5、Z3稳压后输出Vcc2 （14V 左右），供给PFC芯片，并通过Q9、Z4稳压后输出Vcc3 （12V左右）供给L6599D12脚。过流、过压、ON/OFF信号通过光耦IC4控制Q5的导通状态，进而控制PFC、LLC电路是否工作，以实现过压、过流保护与开／关机功能。

当IC2的12脚加上电压后，通过IC的内部电路给①脚（CSS）外接电容C27充电，如图13所示。此时C26可视为短路，R57与R61并联（阻值较小），L6599D的振荡频率升高，电源功率下降。当C27充满电时，C27可视为开路，振荡频率由R57决定，振荡频率降低，电源输出正常，由此实现变频软启动功能。

同时，VDC1电压经电阻R7-R9及R45分压后加到IC2的⑦脚。R45上并联的电容C17用来旁路噪声干扰。当⑦脚（Line）电压低于1.25V时，关闭IC；当高于1.25V但低于6V时，IC正常工作，通过对VDC的电压检测，实现欠压保护功能。

IC完成软启动后，内部振荡器开始振荡，从15脚（HVG）与11脚（LVG）输出占空比接近50％

的脉冲，驱动MQS管正常工作。

2）稳压控制

次级电压通过取样电阻加在光耦OC3）内发光管上，并与TL431 （ICS1）的基准电压进行比较，ICS1的稳压值由上偏电阻RS25//RS30和下偏电阻RS26、RS27决定，见图13所示。

当负载由满载转向空载时，输出电压上升，ICS1的R极的电压将上升，而R极的电压被ICS1内部电路稳定在2.5V，这将引起ICS1的AK极间流过的电流增大，光耦IC3内发光二极管中通过的电流增大，IC3的③、④脚内光敏三极管上流过的电流也增大。IC3内的光敏三极管相当于一个可变电阻，与R58，R59串联起来接到IC2的④脚（RFMIN），此时IC3内光敏三极管的电阻变小，IC 振荡频率升高，则输出电压下降。反之，当负载由空载转向满载时，输出电压降低，其稳压过程与上述相反。

3）L6599D的SCP（过流）保护控制

当T1次级短路时，输出电压会降低，这一电压变化会通过光耦IC3反馈到L6599D的④脚（RFMIN），引起L6599D振荡频率降低，由于此时IC3内光敏三极管等效于开路，振荡频率大大偏离LLC谐振电路的谐振点，C8上的振荡电压急剧增大，通过C19，R46-D12，D13全波整流输入到⑥脚（ISEN），当⑥脚电压高于0.8V时，L6599D的②脚开始对C28充电（随后C28对R54放电），同时IC内部电路对①脚外接软启动电容放电，导致工作频率上升（功率下降），②脚反馈电压快速上升到3.5V，内部电路在关闭对电容充电的同时，芯片也停止振荡。延迟保护时间由②脚外接电阻R54和外接电容C28决定。

当C28通过R54放电到C28两端电压降为0.3V时，L6599D重新启动。由于IC2的②脚电压在3.5V和0.3V间不断变化，IC在保护与正常工作状态间跳动，输出电压也会波动，即工作在间歇保护模式下（只有在次级OCP一直没有启动的情况下，才会出现这样的情况），L6599D的SCP过流保护是不锁定的，只要其②脚电压降到0.3V时又会重新工作。

5．次级OCP过流）与OVP（过压）保护

次级OCP（过流）与OVP（过压）保护电路如图14所示，低功率低电压双比较器LM393 （ICS3）为OCP保护电路控制芯片；QS2，QS3组成自锁电路

在主电源次级输出电路中，电阻RS 19、RS20分别将＋12V，＋24V的输出电流转化为电压信号，即C1、B1信号，分别送往ICS3的⑥脚和②脚。当＋12V或＋24V电压输出过流时，则C1、B1电压大幅下降，ICS3的输出端输出高电平，二极管DS13或DS9导通，QS2、QS3饱和导通，将光耦IC4内部发光二极管的供电大幅拉低，发光二极管截止，则IC4的③、④脚内的光敏三极管也截止，其c、e极间电阻为无穷大，Q5因无基极偏压而截止，L6562D与L6599D均失电停止工作，以达到过流自锁保护的目的。

值得一提的是，由于L6599D也具有过流（SCP）保护功能，故要求次级OCP电路具有延时保护特点，以避免出现控制冲突，具体过程如下：当运放ICS3检测到过流时，其输出端输出的高电平对CS36充电，同时通过RS 16和RS 17分压后给CS34充电。由于L6599D第一次检测到过流时，IC2的②脚设定的延时时间很短，这时电容CS36、CS34两端的电压很低，QS3不能导通，次级OCP 保护电路不启动。当L6599D的②脚电压通过R54放电从3.5V降到0.3V时，L6599D重新工作，过流检测电路再次对CS36、CS34充电，此时CS34两端的电压已能使QS3导通，QS2也随之导通，即次级OCP电路起控。

在检修中，有时会看到输出电压刚出现就消失，这是因为次级的OCP电路要在L6599D的SCP电路第二次动作后才实现保护，所以次级的OCP电路在保护时间上要滞后于L6599D的SCP电路，大概相差40ms左右，具体时间由其外接的延时电阻、电容决定。

在次级OVP（过压）保护电路中，三只稳压二极管ZS2～ZS4分别监测24V、16.5V和12V电压的高低，当其中任意一路输出电压过高时，相应的稳压二极管便会反向击穿，QS2、QS3饱和导通，保护电路动作并自锁。