简述LLC串联谐振变换器FSFR2100的工作原理

摘要：  负载谐振型变换器是一种较早提出的结构，注重电源电压转换比特性的改善，按照谐振元件的谐振方式可分为串联谐振变换器、并联谐振变换器以及两者结合产生的串并联谐振变换器。

关键字：  元件，  谐振变换器，  谐振元件，  LLC

谐振网络通常由多个无源电感或电容组成，由于元件个数和连接方式上的差异，常见实用的谐振变换器拓扑结构大致分为两类：一类是负载谐振型，另一类是开关谐振型。负载谐振型变换器是一种较早提出的结构，注重电源电压转换比特性的改善，按照谐振元件的谐振方式可分为串联谐振变换器、并联谐振变换器以及两者结合产生的串并联谐振变换器。

串联谐振：由于是串联分压方式，其直流增益总是小于1，类似BUCK变换器;轻载时为稳住输出电压，必须提高开关频率，在轻载或空载的情况下，输出电压不可调，输入电压升高使系统的工作频率将越来越高于谐振频率，而谐振频率增加，谐振腔的阻抗也随之增加，这就是说越来越多的能量在谐振腔内循环而不传递到副边输出;但在负载串联谐振中，流过功率器件的电流随着负载变轻而减小，使通态损耗减小。

并联谐振：输出端可以开路但不能短路，会损坏谐振电容，并且过大的原边回路电流对开关器件及电源都会产生冲击;轻载时，不需通过大幅改变频率来稳住输出电压，与串联谐振相比变换器工作范围更大，可工作至空载;当轻载时输入电流变化不大，开关管的通态损耗相对固定，在轻载时的效率比较低，较为适合工作于额定功率处负载相对恒定的场合。

传统的LC串联谐振开关电源为了实现小型化，被迫提高其工作频率。以减小滤波电感和开关变压器的体积。但频率的提高却使开关损耗增加而效率下降，且开关噪声变大。

LLC串联谐振变换器主要采用电流谐振、只在开关从ON到0FF及OFF到ON期间是电压谐振，其开关波形为正弦波，因而在给开关元件加上电压时，不会流过大电流;而且利用开关元件的寄生电容实现零电压开关(ZVS)，可制成高频、高效及噪声极低的变换器。

传统LC串联谐振变换器电路如图1所示(去掉Lm)。Lr为开关变压器漏感，Cr为谐振电容，Tr1和Tr2分别用具有微小静寂时间的50%N占比驱动。由于在h与Cr的谐振频率f0时，输入输出增益最大为1倍，为了稳定输出电压，有必要提高工作频率。但在理论上。空载时须将频率提高到无限大，才能稳定工作。这是LC串联谐振变换器的缺点。

增加Lm就是LLC串联谐振变换器电路。与LC串联谐振变换器不同，在开关变压器的一次侧并联了小电感量的励磁电感Lm，Lm的电感量仅是漏感Lr的3-8倍;此外，变压器的磁芯留有气隙，以适应小的励磁电感。

FSFR2100是单片LLC串联谐振变换器IC，包含了LLC串联谐振变换器的全部功能：内部FET的VDs=600V.导通电阻0.32Ω，体二极管的tn=120ns。●静寂时间为固定的350ns。●工作频率300kHz以上。●可程控的轻负载周期跳跃工作。●利用控制端(CON)可遥控ON/OFF。●输入过电压保护。●过电流保护(检出电压0.6V)。●热击穿过电流保护电路(检出电压0.9V)。●过热保护电路。●最高、最低工作频率设定。●保证稳定输出的频率控制。

FSFR2100的①脚(VDL)为内部FET漏极电压端;②脚(CON)为控制端，0.4V以下停止工作，0.6V以上正常工作，与光电耦合器连接可实现周期跳跃工作;③脚(RT)为频率控制端，利用光电耦合器恒压控制。以及最高、最低频率和软启动设定;④脚(CS)为过电流检出端，0.6V动作，0.9V热击穿过流保护动作，需接CR滤波器;⑤脚(SG)为信号地，与PG端子在控制电路的地作一点连接;⑥脚(PG)为电源地，低位FET的源极;⑦脚(LVcc)为控制电路电源端，25Vmax，启动电压14.5Vtyp，停止电压11.3Vtyp;⑧脚(NC)为空脚;⑨脚(HVcc)为高位FET驱动电源，通常LVcc：由电荷泵提供，对地电压625Vmax;⑩脚(VCTR)为高、低位FET的连接点。

图2是IC内部框图，图3是应用电路。输入电压为D(B40V-400V：输出容量24V/8A、192W：T1的一次线圈36匝。电感630μ(包括励磁电感4951xH和漏感135μH);两个二次线圈各4匝;谐振电容22nF。