基于輸入電壓調(diào)節(jié)于LLC-SRC效率最佳化設(shè)計(jì)考量
比較圖10與圖13,當(dāng)20%負(fù)載時Vin調(diào)降為355VDC,此時操作頻率由155KHz降為105KHz。且其一次側(cè)切換晶體(MosFET)關(guān)斷電流(turn off current)也由0.7A降到0.25A。
以相同的降壓方式若應(yīng)用于操作在fs《f0模式的串聯(lián)諧振轉(zhuǎn)換器,比較圖14與圖8,操作頻率由88kHz降到79kHz且其循環(huán)電流(circulating current)與切換晶體關(guān)斷電流(turn off current)都增加。因此在此操作模式中并不適用降壓方式來提高效率。
在實(shí)際應(yīng)用上,雖然我們可以降低升壓級功因修正電路之輸出電壓,以達(dá)到效率最佳化。但是還是必須考量保持時間(hold up time)的設(shè)定,因此最大電路直流增益(Gain)的選擇就變得較為重要。
當(dāng)最大電路增益(Gain)選定時,整個電路運(yùn)作必須操作在最大增益之右半邊(如圖15所示),也就是說諧振網(wǎng)路必須操作在電感性區(qū)間。此區(qū)間電流將落后電壓,主要切換晶體(MosFET)呈零電壓切換(ZVS)。若諧振網(wǎng)路進(jìn)入電容性區(qū)間,電流將超前電壓,主要切換晶體并聯(lián)之反向二極體(body diode)也必須承受較大的逆向回退鶚АK以在設(shè)計(jì)上最小操作頻率必須限制在最大電路增益來防止轉(zhuǎn)換器進(jìn)入電容性區(qū)間。
實(shí)做驗(yàn)證
在此設(shè)定一個輸出12V/20A之串聯(lián)諧振轉(zhuǎn)換器,我們實(shí)際比較兩不同操作區(qū)間之效率曲線,如圖16。在fs《f0模式下之輕載效率表現(xiàn)較不理想。
比較兩種模式下,雖然圖17(a)操作頻率遠(yuǎn)低于圖17(b),但其切換晶體的關(guān)斷電流(turn off current)與循環(huán)電流(circulating current)都較大。因此在輕載時效率表現(xiàn)較不理想。
比較兩種模式下負(fù)載與操作頻率的變化,如圖18,輕載時在fs》f0模式下,控制器已進(jìn)入突n模式(burst mode)藉以穩(wěn)定輸出電壓。
利用上述之方式將負(fù)載固定在輕載條件下調(diào)整輸入電壓,在fs《f0模式下,當(dāng)輸入電壓調(diào)降時切換頻率隨之下降。但效率并未獲得改善,如下表一。反之在fs》f0模式下,切換頻率一樣會隨輸入電壓降低而降低,且其效率表現(xiàn)可以獲得改善,如表二。但隨著輸入電壓的降低,切換頻率亦會落入fs《f0之操作區(qū)間而使得效率下降。這點(diǎn)在實(shí)際應(yīng)用上須特別留意。
因此,在fs》f0模式下,我們可以藉由調(diào)整輸入電壓而達(dá)到效率最佳化。如圖18,相較于塬本的效率表現(xiàn),在輕載狀況下效率約可提升1%。
由此實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明使用輸入電壓調(diào)節(jié)方式,不但可以提升在串連諧振轉(zhuǎn)換器的輕載及半載效率并可以將切換頻率控制在一定的圍內(nèi)。
結(jié)論
以桌上型電腦使用之300W電源供應(yīng)器為例(ATX Power Supplier)。效率認(rèn)證已越來越普遍。在追求高轉(zhuǎn)換效率的同時,傳統(tǒng)的線路架構(gòu)已不敷使用。LLC半橋串聯(lián)諧振轉(zhuǎn)換器架構(gòu)進(jìn)而漸漸被裼謾1疚乃提及之操作方式不僅可以降低升壓級功因校正(Boost PFC)的功率損耗并且可以最佳化串聯(lián)諧振網(wǎng)路以達(dá)到輕載(20%)及半載(50%)轉(zhuǎn)換效率提升的目的。
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