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LLC同步整流的讨论。

我们都知道LLC震荡中,当开关频率fs大于谐振频率fr的时候,次级同步整流开关只需要和初级相同就行了,但是当fs

 

图中的D和E就是次级电流波形,可以看出,它是先于初级MOSFET的关断就变为0了。在最理想的情况下,同步整流需要在次级电流变为0的那个点进行MOSFET关断。

一般的同步整流都是通过测量次级MOSFET的电压或者电流来进行开关,但是这类芯片的运用好像一直都有一些问题,而且也增加成本。

最近正在使用DSP进行LLC控制,我想,如果能够知道次级电流关断到t2之间的时间的话就能够精确的进行同步整流控制。我们先假设这个时间为tsr。但是问题也随之而来了,这个tsr具体是多少呢?我查了很多资料都没有谈到这个问题。

后来看了MicroChip的LLC源程序,它是和我一样的想法,但是他是通过查表获得的这个tsr,并没有给出具体是怎么获得tsr的。仔细看他的源程序,发现一个规律,基本是开关频率越小,tsr就越大,而且基本是线性变化的。

现在是一筹莫展了,难道真的要逼我去进行实际测量然后建立表格?

各位对这个问题有何看法,大家来谈谈吧。

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小巩
LV.11
2
2012-04-11 11:57

学习中。

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2012-04-11 13:02
好好学习,天天向上
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hh123
LV.4
4
2012-04-11 13:10

在Tsr时间内,次级输入Mos仍然开通着,会有什么问题?

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2012-04-11 13:36

这个Tsr是开关周期的一半,减去谐振频率倒数(谐振周期)的一半。Tsr=1/(2*fs)-1/(2*fr)

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w00d
LV.4
6
2012-04-11 13:55
@hh123
在Tsr时间内,次级输入Mos仍然开通着,会有什么问题?
会造成能量倒灌,降低效率,甚至失控。
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w00d
LV.4
7
2012-04-11 13:57
@dreamer662006
这个Tsr是开关周期的一半,减去谐振频率倒数(谐振周期)的一半。Tsr=1/(2*fs)-1/(2*fr)
这是如何得到的?有证明吗?望不吝赐教
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2012-04-11 14:38
@w00d
这是如何得到的?有证明吗?望不吝赐教
同意5贴的说法,次级整流管关断导通的间隔时间就是谐振电流与励磁电流重叠的那段时间,而这个时间就是二分之一开关周期减去二分之一谐振周期。楼主厉害,DSP控制LLC,不知数字电源离普及还有多长时间?成本真有优势吗?一个DSP IC可不便宜啊,但是它能替代的就是模拟电源中的控制IC,运放之类。功率器件,磁材还是必须要啊。门外汉,不了解。
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w00d
LV.4
9
2012-04-11 15:31
@heguangjing110
同意5贴的说法,次级整流管关断导通的间隔时间就是谐振电流与励磁电流重叠的那段时间,而这个时间就是二分之一开关周期减去二分之一谐振周期。楼主厉害,DSP控制LLC,不知数字电源离普及还有多长时间?成本真有优势吗?一个DSPIC可不便宜啊,但是它能替代的就是模拟电源中的控制IC,运放之类。功率器件,磁材还是必须要啊。门外汉,不了解。

谢谢回复,如果这个公式真的正确的话那就解决我的大问题了。

至于说用DSP的成本,我感觉优势并不大,但也没有什么劣势。首先现在一个DSP大概零售价也只有20RMB,批量价格更低,我一个DSP控制了PFC和LLC两块电路,这就代替了两个IC。但是因为需要MOSFET驱动IC,所以成本会高一点。

使用DSP也有很多优点:

1.使用软件可以很好的进行效率优化,比如我现在PFC的母线电压就不是一个恒定值,而是根据电网电压实时计算,这样就可以在110V和220V下都能得到一个较好的效率。

2.可以使用继电器和电阻的方法防启动浪涌,热敏电阻可不便宜啊,而且还有热机启动的浪涌问题。在软启动中可以寻找电网电压的过零点进行切换,做到完全的平顺启动,没有任何的杂音。

3.采用较好的PFC算法也能达到很好的PF和THD,我现在是全电压范围(90~265VAC)PF>0.995, THD<5%。使用示波器看输入电流也非常光滑,没有毛刺。当然还有优化空间,以后要精调。

4.调试方便,比如调一个死区时间,我只要设置一下参数就行了,很简单,还有就是调整环路参数的时候,以前用硬件简直让人发疯,现在软件现场修改,大概1分钟就能试一套参数,效率提高N倍。

5.很容易实现开路,短路,过流,过压等各种保护。程序上加几句话就是了。

6.系统灵活,基本调试好一个平台之后就调好一个系列了,只要修改MOS管,变压器,电感,然后再改改程序就行。

当然,要使用DSP的电源肯定是高档电源,几十块甚至几块钱的电源也不是我们的目标。那个市场竞争太激烈了,我们也不想去和别人拼成本和价格。

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2012-04-11 15:54
@w00d
谢谢回复,如果这个公式真的正确的话那就解决我的大问题了。至于说用DSP的成本,我感觉优势并不大,但也没有什么劣势。首先现在一个DSP大概零售价也只有20RMB,批量价格更低,我一个DSP控制了PFC和LLC两块电路,这就代替了两个IC。但是因为需要MOSFET驱动IC,所以成本会高一点。使用DSP也有很多优点:1.使用软件可以很好的进行效率优化,比如我现在PFC的母线电压就不是一个恒定值,而是根据电网电压实时计算,这样就可以在110V和220V下都能得到一个较好的效率。2.可以使用继电器和电阻的方法防启动浪涌,热敏电阻可不便宜啊,而且还有热机启动的浪涌问题。在软启动中可以寻找电网电压的过零点进行切换,做到完全的平顺启动,没有任何的杂音。3.采用较好的PFC算法也能达到很好的PF和THD,我现在是全电压范围(90~265VAC)PF>0.995,THD
很羡慕你的软硬通吃,我是做模拟电源的,很想往数字电源发展,所以自学了DSP,单片机,可以写点小程序。但是对用MCU控制电源未能入门,请问前辈,对于数字电源这一块,我怎样才能较快入门?还望您抽点时间帮帮像我一样的门外汉吧。谢谢了。
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linking
LV.1
11
2012-04-11 16:42

推荐你用SRC内置同步整流的吧

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w00d
LV.4
12
2012-04-11 16:52
@heguangjing110
很羡慕你的软硬通吃,我是做模拟电源的,很想往数字电源发展,所以自学了DSP,单片机,可以写点小程序。但是对用MCU控制电源未能入门,请问前辈,对于数字电源这一块,我怎样才能较快入门?还望您抽点时间帮帮像我一样的门外汉吧。谢谢了。

哦,,,,别说前辈,你在电源这一块肯定比我领先。我以前一直搞通信的。

其实数字电源中的程序最麻烦的是要写一个稳定可靠的程序,这一点很难。要想写一个高效、稳定、易读的程序没有几年功力,几万行程序的经验是很难达到的。我已经写了15年的程序了,从大学时代就可以写小游戏,一直到现在还是感觉有时候写的程序不理想。

推荐你先看2本书吧,一个是操作系统原理还有一个是数据结构。具体书名忘记了,你百度一下应该有的。

另外多看看别人写的程序,也自己多写点,无所谓哪方面的程序,就是写计算机上层程序也是一样的。

有什么问题可以一起讨论一下。

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w00d
LV.4
13
2012-04-11 17:36

5楼的公式可能有些问题,如果按照这个公式那么当fs

而且从图中可以看出,次级电流0点是谐振电感电流和励磁电感电流相等的时间点。这应该不是恒定的。

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2012-04-11 17:56
@w00d
哦,,,,别说前辈,你在电源这一块肯定比我领先。我以前一直搞通信的。其实数字电源中的程序最麻烦的是要写一个稳定可靠的程序,这一点很难。要想写一个高效、稳定、易读的程序没有几年功力,几万行程序的经验是很难达到的。我已经写了15年的程序了,从大学时代就可以写小游戏,一直到现在还是感觉有时候写的程序不理想。推荐你先看2本书吧,一个是操作系统原理还有一个是数据结构。具体书名忘记了,你百度一下应该有的。另外多看看别人写的程序,也自己多写点,无所谓哪方面的程序,就是写计算机上层程序也是一样的。有什么问题可以一起讨论一下。
谢谢你的建议,共同进步!
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huchuyou
LV.5
15
2012-04-11 18:27

顶起,学习!

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2012-04-11 20:35
@w00d
5楼的公式可能有些问题,如果按照这个公式那么当fs

 

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2012-04-12 09:22
@w00d
5楼的公式可能有些问题,如果按照这个公式那么当fs

諧振頻率是人訂的DSP怎會知道,寫程序的人必須提供設定功能給使用者自行設定,提供參考。

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w00d
LV.4
18
2012-04-12 09:48
@peterchen0721
諧振頻率是人訂的DSP怎會知道,寫程序的人必須提供設定功能給使用者自行設定,提供參考。

谐振频不就是

   

这在电路设计好之后就是定的,怎么会改变呢?

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hh123
LV.4
19
2012-04-12 12:58
@w00d
谐振频不就是[图片]   这在电路设计好之后就是定的,怎么会改变呢?

这个是定的,变的是开关频率,通过改变谐振腔的阻抗来应对输入电压的变化。可以简单地将TSR与输入电压看成是线性关系,输入电压越小,这个时间越大

具体的对应公式很复杂,个人感觉可以参考目前可工作于CCM的同步整流来设计。

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hh123
LV.4
20
2012-04-12 13:03
@hh123
这个是定的,变的是开关频率,通过改变谐振腔的阻抗来应对输入电压的变化。可以简单地将TSR与输入电压看成是线性关系,输入电压越小,这个时间越大具体的对应公式很复杂,个人感觉可以参考目前可工作于CCM的同步整流来设计。

你说的:会造成能量倒灌,降低效率,甚至失控。

这个不是很理解

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w00d
LV.4
21
2012-04-12 13:11
@hh123
这个是定的,变的是开关频率,通过改变谐振腔的阻抗来应对输入电压的变化。可以简单地将TSR与输入电压看成是线性关系,输入电压越小,这个时间越大具体的对应公式很复杂,个人感觉可以参考目前可工作于CCM的同步整流来设计。

在CCM方式下就简单了,和初级一起开关就行了,顶多加一点保护时间。

关键就在DCM模式下,也就是开关频率小于谐振频率的情况下,该怎么确定次级MOSFET的关断时间。

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w00d
LV.4
22
2012-04-12 13:25
@hh123
你说的:会造成能量倒灌,降低效率,甚至失控。这个不是很理解
能量倒灌的问题,我也是说不太清楚,但是这是从其他论文中看到的,应该没有错。
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2012-04-12 15:58
@w00d
在CCM方式下就简单了,和初级一起开关就行了,顶多加一点保护时间。关键就在DCM模式下,也就是开关频率小于谐振频率的情况下,该怎么确定次级MOSFET的关断时间。

仔细想了下,5楼的那种算法是不够精确,应该是与sine波有关系的函数,太过复杂,其实想工作在次级整流CCM模式下也不是很难,因为你前级肯定有PFC,在计算变压器时让其在满载时的工作频率=谐振频率即可。另外一点,在Tsr期间,保持整流MOS开通到底有没有危害,因为此时变压器不在传递能量,次级相当于开路。否则程序写起来不简单。楼主加油!

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w00d
LV.4
24
2012-04-12 16:15
@heguangjing110
仔细想了下,5楼的那种算法是不够精确,应该是与sine波有关系的函数,太过复杂,其实想工作在次级整流CCM模式下也不是很难,因为你前级肯定有PFC,在计算变压器时让其在满载时的工作频率=谐振频率即可。另外一点,在Tsr期间,保持整流MOS开通到底有没有危害,因为此时变压器不在传递能量,次级相当于开路。否则程序写起来不简单。楼主加油!

确实是和sin波有关系,而且是谐振电流的sin波和励磁电流的直线相交点。谐振电流直线的斜率是知道的K=N×Vo/Lm,N是变压器的匝数比,Vo是输出电压,Lm是励磁电感。但是不知道它的起始点在那里,所以还是求不出这条直线的方程。同样的道理,谐振电流的sin波频率也知道,就是不知道它的相位和幅度。

要是知道那些参数,求出了Tsr的公式,倒是不怕程序的麻烦,一般这种复杂公式都是用matlab先算好了,然后查表的。

在Tsr期间保持MOS管导通肯定是有危害的,轻则降低效率,重则电路失控。我们不要求达到最理想情况,但是也要没有太大偏差吧。可以提早一点关断,然后利用一下MOS的体二极管。

让LLC一直都工作于CCM模式确实是个讨巧的解决办法,但是我们为了提高在全电压范围下的PFC效率,母线电压肯定是要调整的,当母线电压降低的时候,LLC开关频率必然需要小于谐振频率fr。

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2012-04-13 09:16
@w00d
谐振频不就是[图片]   这在电路设计好之后就是定的,怎么会改变呢?

想表達的意思為程序必須在沒有程式員情形下就可以調整想做的Fr,沒有錯就要像現行的模擬IC一樣方便。LLC(SRC)在真實使用過程中CCM/CRM/DCM絕對必要,為什麼目前有加SR功能的IC如此稀少就因為DCM同整(SR)無法精確控制。可以看一下已經成功的案例其輸出都有一個PWM引擎(應該就是PLL),所以不能都靠指令來完成(太耗資源)。至於關鍵技術CRM(Fr)進入DCM(Fsw

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2012-04-13 09:20
@w00d
能量倒灌的问题,我也是说不太清楚,但是这是从其他论文中看到的,应该没有错。
在DCM狀態下如果SR導通時間過長,就會把電路變成PP架構,成為升壓線路反相向高壓充電。提供參考。
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w00d
LV.4
27
2012-04-13 10:27
@peterchen0721
想表達的意思為程序必須在沒有程式員情形下就可以調整想做的Fr,沒有錯就要像現行的模擬IC一樣方便。LLC(SRC)在真實使用過程中CCM/CRM/DCM絕對必要,為什麼目前有加SR功能的IC如此稀少就因為DCM同整(SR)無法精確控制。可以看一下已經成功的案例其輸出都有一個PWM引擎(應該就是PLL),所以不能都靠指令來完成(太耗資源)。至於關鍵技術CRM(Fr)進入DCM(Fsw

感谢回复

我们是要做个成品电源,不是通用LLC的IC。作为一个产品不可能在使用过程中还要用户进行设置。理想情况应该是能自动进行切换的。

我的想法是,在LLC输入电压已知,输出功率也知道的情况下,应该是能够通过理论计算Tsr的值的。但是我现在不知道怎么算。如果你有任何建议的话请不吝赐教。

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2012-04-14 09:53
@w00d
感谢回复我们是要做个成品电源,不是通用LLC的IC。作为一个产品不可能在使用过程中还要用户进行设置。理想情况应该是能自动进行切换的。我的想法是,在LLC输入电压已知,输出功率也知道的情况下,应该是能够通过理论计算Tsr的值的。但是我现在不知道怎么算。如果你有任何建议的话请不吝赐教。

你負責功率端的設計嗎?不然Fr要由誰決定?因此還是要有人去定義Fr。整個LLC設計是由輸出需求往回推算而來,但是輸出功率雖然MCU可以量出電壓電流,如果"人"不去定義輸出功率是無法設計出諧振零件的,MCU也無法自動檢出判斷什麼工作狀態。例如從初始狀態開始請問MCU能靠檢知資料算出(決定)Fmax嗎?如果能求出這一個結果那程序就是通用型就能自動找出Fr。數字電源本就難以完全取代模擬電路,要中西合併才能快速做出好產品。提供參考。

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井底蛙
LV.7
29
2012-04-14 10:02
值得关注!
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w00d
LV.4
30
2012-04-14 10:10
@peterchen0721
你負責功率端的設計嗎?不然Fr要由誰決定?因此還是要有人去定義Fr。整個LLC設計是由輸出需求往回推算而來,但是輸出功率雖然MCU可以量出電壓電流,如果"人"不去定義輸出功率是無法設計出諧振零件的,MCU也無法自動檢出判斷什麼工作狀態。例如從初始狀態開始請問MCU能靠檢知資料算出(決定)Fmax嗎?如果能求出這一個結果那程序就是通用型就能自動找出Fr。數字電源本就難以完全取代模擬電路,要中西合併才能快速做出好產品。提供參考。
我们做的是LED驱动,负载是大致不变的,只会在有限范围内波动。所以负载一直都处于满载状态。Fr是不变的。
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hh123
LV.4
31
2012-04-14 11:00
@peterchen0721
在DCM狀態下如果SR導通時間過長,就會把電路變成PP架構,成為升壓線路反相向高壓充電。提供參考。
谁有相关的分析,贴出来看看
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