半桥LLC谐振电路设计与研究

南文锐

摘要：基于TI公司的数字电源管理芯片UCD3138，设计了一款给LED灯供电的数字开关电源，该电源采用DC/DC变换的半桥LLC谐振电路，该电路研究了半桥LLC谐振变换器参数设计技术，探索LLC谐振变换器数字驱动与数字控制技术，满足LED灯DC/DC变换器输入电压范围宽、变换效率高，安全可靠性高等要求的高效率数字半桥LLC谐振变换器。

关键词：数字电源；UCD3138；半桥LLC

中图分类号：TM46 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）06-0161-01

UCD3138是基于ARM7的一款数字电源管理控制芯片，本设计采用UCD3138作为控制器。德州仪器 （TI）为优化AC/DC 及隔离式 DC/DC 电源应用推出业界最高集成度且可配置数字电源管理控制器，进一步壮大其丰富的模拟及数字电源管理解决方案阵营。该 UCD3138为设计人员提供创新途径，可为服务器、电信整流器以及大功率 DC/DC 模块中各种电源拓扑提高电源密度与可靠性。

数字控制功能可帮助设计人员进一步发挥电源系统作用，包括在多个平台上重复使用硬件设计，针对每项应用调整性能并控制参数以实现多功能等，进而加速产品上市进程。为实现这一目标，UCD3138 在小型 6 毫米 x 6 毫米封装中整合了强大的 32 位微处理器、高速高精度数据转换器、多个可编程硬件控制环路以及不同的通信引擎。

1 系统结构

系统结构分为四个部分，输入部分，谐振网络，输出部分和控制器。

2 各部分硬件电路的设计

2.1 直流400V输入和半桥LLC谐振网络及控制信号的设计

400V直流电压经过两个电容C1和C2滤波后输入，开关管Q1和Q2承受400V，控制信号输出带死去的对称互补PFM信号，使开关管Q1和Q2交替导通关断。直流400V输入经过谐振网络，通过变压器降压后就可以得到所需的输出110V直流电压。

LLC的简化FHA等效电路图，LLC谐振变换器采用的是固定占空比通过改变开关频率大小来调节输出电压的变频控制模式（PFM）。相比传统的PWM控制，变频控制由于保持占空比固定更适用于输入电压范围较宽的场合。而且当系统进入闭环时随着输入电压的加大，频率增大，回路电流减小，使得开关管的通态损耗减少。对于变频控制的变换器，工作频率的范围是一个值得研究的内容，不同频率下变换器的工作性能各不相同。在LLC谐振变换器中，由于该谐振网络非单一的LC构成，固存在不同的特征谐振频率。当变压器向副边传递能量时，其原边电压被输出电压箱位，谐振槽路中只有谐振电感Lr和谐振电容Cr发生谐振，其谐振频率为串联谐振频率：

2.2 电流采样环路设计

IO_SEN+和IO_SEN-连在采样三个并联采样电阻两端，采样电阻的阻值为1m，通过计算可知每1A的的电流等效的采样电压为1mV，IO_SEN+和IO_SEN-的采样是做一个过流保护的作用。IO_SENSE和EADC_IOSENSE采样到UCD3138控制芯片，调节PFM的输出，达到稳定电流的目的。

2.3 电压采样环路设计

输出电压控制环路，输出电压经UCD3138中EADC的EAP和EAN采样，调节PFM，从而起到稳定输出电压的目的。

3 结语

半桥LLC谐振电路原理图的设计，可进一步对半桥LLC谐振电路学习理解，为进一步完善设计，要学习UCD3138软件编程实现电压环和电流环路PID的设计。本设计具有较多的磁性元件，如，变压器、串联谐振电感、并联谐振电感，占据了大部分的电源模块体積。若能集成这些磁性元件，变换器的功率密度将得到大大的提高。

参考文献

[1]周润景，刘梦男，苏良昱.Cadence高速电路板设计与仿真—原理图与PCB设计[M].电子工业出版社，2011.endprint