《仪器仪表与分析监测》2018年第1期
一种LLC谐振变换器同步整流自驱动电路Self-Driving Circuit for Synchronous Rectification Used in LLC Resonant Converters
张颗
(北京交通大学，北京100044)
[摘要]分析了LLC谐振变换器的工作原理，根据电路原理对同步整流驱动电路的要求，设 计了一种同步整流管自驱动电路。通过检测同步整流管漏躁极的电压实现其开通和关断，威 少了体二极管的导通时间，降低了控制系统的复杂性；同时通过互销，避免了同步整流管同 时导通&最后搽建了一个220V~320V输入，48V/50A输出的实验样机用来验证驱动电路的正确性。
[关键词]同步整流；LLC谐振；自驱动电路
[中图分类号]TM461 [文献标识码]A
引言
随着电源系统小型化髙效化需求的日益增长，
高功率密度和高效率成为了电源的研究热点^ LLC谐振变换器因具有良好的软开关和控制特性，在越来越多的场合得到应用。它可以实现一次侧的主功率开关管的零电压开通（ZVS)和j次侧 的1极管的零电流（ZCS)关断。因为同步整流管的导通压降远远低子极管，为了进一步提高电領：效傘=，可以将二次侧的二极管换成同.步整 流管，但是同步整流管的驱动信号决定了效率的提高程度。因此，研究在高频率下同步整流管的驱动策略变得越来越重要 3前有很多文献研究同步整流，WeiyiFe，等 [1]提出了一种通用的同步整流驱动策略，通过将
检测到的同步整流着漏源极电压和一个基准电压比较，从而确定整流管体二极管的导通情况，采 用数字逻辑自动调节同步整流管的导通周期，减少体S极管的导通肘间，提高电源的效率:。._：L iaug Hong等W提出了一种控制策略，当开关频率低于i皆振频率时，输出电压和一次侧谐振电感电流组合产生同步整流管驱动信号；在其他谐振模式，同步整流管的驱动信号和一次侧驱动信号一致。刘和平等通过推导LLC电路输出电压与同步驱动时间的单峰曲线关系，根据峰值两侧驱动时间改变造成输出电压不同的变化率的特点，提出 了一种无传感器同步整流控制策略。乂^:^等w 通过检测二次侧的电流来产生同步整流管驱动信号I■这种方法很准确，但是®_手二次侧的电流裉大，因此需要很大体积的电流变压器，同时变压. 器绕组的损耗降低了变换器的效率。
本文提出了一种同步整潇;：自驱动电路，筒 化了控制系统，通过亙锁电路避免了两个同步整流管■同时导通，通过检测D S间电压减少了同步整流管体.二极管导逋的时间，提高了变换器效率b
-26—
一种LLC谐振变换器同步整流自驱动电路张颖
1原理与设计
图1是带同步整流的LLC谐振变换器的主电路9谐振腔由谐振电感Lr、谐振电容C r和变压器等效励磁电感Lm组成。LLC谐振变换器有两个谐振频率，一个由L r和C r组成，另一个由Lr、
C r和Lm组成，通过这两个谐振腔将能量传输到变压器二次侧从而达到改变开关频率，实现调节输出电压的目的6
LLC谐振变换器包括两个谐振频率；
fr=-----\(!)
埃及祖玛3
27T
f m=—,1(2)
27r V(Lr+Lm)Cr
曝斯坦福校长学术不端变换器的工作区域可以分为z c s区域和zvs 区域。当开关频率fs小于fm时，LLC谐振槽阻抗 表现为容性电抗，变换器处于ZCS区域，由于一 次侧开关管选用的是场效应管，适合工作于ZVS 区域，所以变换器应该避免工作在该区域；当开 关频率f s大于f r时，谐振槽阻抗表现为感性电抗，LLC变换器工作在ZVS区域，可以使一次侧开关管实现零电压开通，但不能使二次侧整流二极管实现零电流关断；当开关频率fs介于fr和fm 之间时，负载将决定变换器的工作区域，当处于 ZVS区域时，则不仅可以使一次侧功率管实现零电 压开通，也可以使二次侧整流管实现零电流关断。
1.1 LLC谐振变换器工作原理
理想的LLC谐振变换器同步整流工作原理如图2所示s在不同的开关频率范围内，当一次侧 主开关管开通时，二次侧整流管电流开始上升，因此同步整流管应该和主开关管同时开通s但是 同步整流管的关断时间与开关频率有关。当开关 频率小于谐振频率时，同步整流管应该先于主开关管关断，否则，同步整流管会流过反向电流，导致能量由次级传入初级，降低变换器的效率；当开关频率大于谐振频率时，同步整流管应该比主开关管晚关断|些，由于同步整流管电流还没有降到零，同步整流管关断后，电流会通过同步整流管的体二极管，造成很严重的反向恢复情况。
1.2同步整流驱动电路
图3是同步整流管的自驱动电路图。通过检 测同步整流管漏极（D)和源极（S)之间的电压 控制Q l、Q2的导通情况，确定A点和B点的电 压，实现同步整流管驱动。
正常情况源极（S)接地，当漏极（D)电压 大于零时，A点的电压达到Q2导通电压，此时B 点电压被拉低，G端输出低电平信号，驱动同步整流管关断；当漏极（D)电压小于一定电压值
-27
三维高精度地图
-
《仪器仪表与分析监测》2018年第1期
(小于零的值）时，A点电压小于Q2的导通电压，此时B点电压为高电平，从而G端输出高电平信号，驱动同步整流管导通。其中Q3、Q4采用图 腾柱输出方式，增大驱动能力9
2实验
为了验证同步整流驱动电路的可行性，设计
了一台输人400VDC，输出48V/50A的LLC变换 器样机e变换器参数如下：谐振电感值为9.5uH，谐振电容值为140nF，励磁电感值为65uH。
图4为同步整流管SR1和谐振电流iL r的波 形。可以看出，在t l时刻，当励磁电感和谐振电 感一起谐振时，|二次侧同步整流管电流已经为零，
此时同步整流管的驱动波形为零，及时关断，避 免了反向电流流过同步整流管，对一次侧电路造
成影响；在t2时刻，当励磁电感和谐振电感谐振结束后，经过主开关管的死区时间，同步整流管
和一次侧开关管同时导通。
图5为同步整流管的D S间的电压以及谐振电流iL r的波形。
图 5 Vdsrl，Vdsr2 和 iLr 波形
可以看出两个同步整流管没有同时导通，符合 LLC谐振变换器的对同步整流管的工作要求。
图6为同步整流管的驱动电压波形和D S间
电压波形，可以看出同步整流管很好地实现了开
通和关断。
fW傷：52鮮75%J ：
：Vdsrl:
j j M j j M
：：
丨…:…、
〖I I1li 1
s
〇2綱¥2J0jjs SOOM次/秒&/1
.e20.0 V J〇^4,74Q000jJS lD k 点 6.DS V J
值平均值最小值最大值标准差
o频率90.16k90.16k 0.000 J
图 6 Vdsrl，Vgsrl 波形
3结论
本文分析了 LLC谐振变换器对同步整流管开
通和关断的要求，设计了一种同步整流自驱动电
路^通过检测同步整流管漏源极电压值，实现了
别洛韦日协议在正常工况下，同步整流管和开关管同时开通，
并在二次侧电流为零时早于一次侧开关管关断，避免了二次侧体二极管的导通。在220V〜320V输 入，48V/50A输出的样机上验证了同步整流自驱
动电路的正确性。
参考文献：
[1] WeiyiFeng,Fred C. L ee, Paolo Mattavelli.A Universal
Adaptive Driving Scheme for Synchronous Rectification
in LLC Resonant Converters. [J].IEEE Transactions on
Power Electronics ,2012,27(8) ： 3775-3781.
黎祥[2] Liang Hong,Hao Ma,Jun Wang.An Efficient Algorithm
Strategy for Synchronous Rectification used in LLC
Resonant Converters. [JJ.IEEE Industrial Electronics
Society, 2016： 2452-2456.
[3]刘和平，李金龙，苗轶如，等丄LC谐振电路无传感器同步
整流控制策略[J].电机与控制学报，2014，18(5):49-54. [4] X.Xie, J.Liu, F.N.K.Poom, M.Pong. A novel high
frequency current-driven SR application to mostswitching
topologies [J]. IEEE Transactions on Power Electronics,
2011,16(5): 635-648.
-28
7075t6-
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议