新型组合式全桥LLC的控制电路

寇学锋 李永锋 刘剑锋 范超

摘要 一般开关电源多采用单一移相全桥控制方式或单一的LLC并联谐振变频控制方式，对比分析：这两种单一的控制方式各有优劣。本文研究出了一种新型的组合式控制电路，将变频和移相这两种单一的控制方式进行了有效组合，优势互补：在较低电压输入时用LLC并联谐振方式进行针对性控制;在较高电压输入时用移相全桥方式进行针对性控制，从而有效解决了单一控制方式应对宽范围电压输入时变换器内效率难以得到提升的难题。

[关键词]组合控制策略 LLC变换器 移相全桥 开关电源

在大功率开关电源使用实践中，存在输出电压需要有较大调节范围，或者负载变化率较大，移相全桥可以实现较宽的电压输出，但是无法全负载范围内的软开关，在非额定负载情况下，开关损耗较大。而LLC谐振变换器可以实现全负载范围内的软开关，适用阻性负载和电压调节不大的场合。而两者的有机组合则可以很好解决上述难题

1 全桥LLC工作原理

LLC谐振变换器可实现开关管的零电压开关Z-V-S （Zero-Voltage- Switching）或者零电流开关Z-C-S （Zero-Current-Switching），LLC谐振变换器包含一个带MOSFET的控制器，一个谐振网络和一个整流器网络，通过电感、电容谐振网络，从而大幅降低开关损耗。LLC谐振变换器副边整流二极管能实现z-c-s，能够在全负载范围内实现所有开关管的Z-V-S，调压特性具良好。

全桥LLC谐振变换器工作原理见图1，其中原边开关管Ql到Q4对应的体二极管依次为Dl到D4的，副边整流二极管DR1到DR4对应的结电容依次为Cl到C4，输出滤波电容为Cf，变压器原副边匝比为n，负载为RLd。而谐振电感Lr、谐振电容Cr和激磁电感Lm均为谐振元件。

其中，fr为变换器谐振频率，其定义见（1）

2 变频控制工作方式

在变频控制工作电路中，由于开关频率fs与谐振频率fr不同大小的配置关系，导致LLC谐振变换器产生了两种工作方式，即升压工作方式和降压工作方式。

LLC谐振变换器的在变频控制工作方式下的波形见图2。

3 移相控制工作方式

移相控制工作电路中，在保持开关频率fs等于谐振频率丘的条件下，其输出电压通过调节移相角（相位角）进行调节，此时变换器工作波形见图3。

4 控制电路工作原理

控制电路工作原理见图4，UCC3895为控制芯片，Vo为输出电压，其经过Rl和R2两个分压电阻分压后，取得采样电压与输出电压基准Vrl比较，其比较差值在通过电压调节器后得到控制电平Va。而Va与UCC3895的EAP占空比控制引脚相连，控制占空比的大小，然后通过V-F控制器与UCC3895的RT脚进行控制。

移相控制方式：移相控制通过UCC3895集成芯片、电压调节器输出信号ve与UCC3895集成芯片内部锯齿波交截所产生移相占空比D进行控制。其控制逻辑依次为Vo—Ve—D一Vo，从而实现移相的自动调节。

变频控制方式：专用集成芯片UCC3895的频率设置脚为RT和CT，变频控制方式为流过RT脚的电流经镜像比例后给脚电容CT充电，RT脚电流的大小決定了集成芯片频率大小。其控制逻辑依次为Vo- Va—Vb- Ve—fs—Vo，从而实现频率的自动调节。

5 组合控制工作机理

在组合控制中这两种控制方式相对独立，专用集成芯片UCC3895内部的锯齿波为3.15V，在Va>3.15V时，变换器按满占空比进行工作，故以3.15V作为切换点，将Va分为两段，详见图4，此时，若Va>3.15V时，则变换器按变频控制方式进行工作;若Va<3.15V时，则变换器按移相控制方式进行工作，即两种控制方式不同时出现。

当Va>3.15V时，开关电源于变频工作方式。Vb的电压与Vr3通过比较器进行输出得到Ve。Ve的大小取决于Vb与Vr3的比较放大后的电压。通过与Vrt（UCC3895芯片RT引脚的电压）的电压差，来改变RT引脚的电流，从而改变控制频率。差分比较器采用单电源供电，当VbVr3时，Vc=OV。此时RT引脚的电流最大，即达到最大控制频率fmax。

在实际设计电路时，Vr3和R7的取值决定于fmax，即移相频率。在稳定设计电路中，通过改变R7的值即可更改fmax的值，方便调试和测试，该电路的设计具有良好的应用价值。

6 试验结果

在实验室中，根据上述组合集优的设计思想，制作了一台3kw的原理样机见图5，通过测试得出变频和移相控制方式下工作波形如图6至图10所示。

7 结论

通过实际的试验结果表明，该电路的可以很好的工作的两种模式下，切换过程比较完善，满足理论设计的要求。