SRC/LLC+SR之设计

本章节会对SRC与SLS的设计做一详细的说明，会针对设计的程序与观念及方法做简单的说明，同时以虹冠电子的控制IC为基础做设计说明，当然读者会有疑问为何不以外商的控制IC做设计说明，那是因为外商所推广的控制IC都是以LLC架构为主，如果要做高效率与大功率或是加入同步整流的功能会增加设计上的困难，本章之目的是希望读者有意从事谐振式开关电源产品的设计，能够越简单越容易学习的观念，来帮助读者.

虹冠电子所推出的CM690X系列IC分两种，CM6900(SRC+SR)主要是操作SRC谐振点之右半边，针对HOLDUP TIME不是要求很高的应用，如LCD TV，LED Lighting，航模充电器，200W以下之电源适配器等等，具有设计验证简单之优点。CM6901主要是可以操作SLS(LLC+SRC+SR) 在LLC与SRC之两种区间，适用于对HOLDUP TIME有极高要求之产品，如PC POWER / SERVER POWER / INDUSTRIL POWER.

在此讨论SRC串联谐振转换器的设计考虑与实例计算，会分成以下几个方面来看：设计步骤、制定规格、功率组件的选择、谐振组件设计、变压器的设计考虑以及输出整流滤波电路设计等方面。 (1)12V/15A之单组输出SRC，ADAPTER/ LIGHTING

(2)12V/83A之单组输出SLS，SEVER POWER

作为设计实例以CM6900与CM6901来设计ADAPTER LED LIGHTING与SEVER POWER

SRC V.S LLC

　　在开始说明设计之前,由于LLC在业界已应用在LCD TV数年,对于最传统的SRC大部份的有谐振架构设计经验之工程师反而不了解,在此会先比较两者在设计上之差异,以理清SRC之设计观念.

用于直流输出之谐振式转换器主要以串联共振(Series resonant)为主架构，主要分成两种负载曲线的操作区域，SRC操作在共振点之上(操作在电感性负载区),LLC操作在谐振点之下与第二谐振点之间(操作在电容性负载区间)，以图4-30 SRC, 图4-31 LLC为负载曲线图来做说明。

图4-30 SRC负载曲线图

从图4-30的SRC负载曲线图可以说明一个重点，谐振式转换器的操作区域频率由Fmin~Fmax，也就是说切换频率Fsw操作在谐振点以上Fsw>=Fr。整个SRC之操作区间,因为在电感性负载区所以基本上只要有足够的负载电流加上激磁电流变可以作到零电压切换.也因为只有单一谐振点,所以不需要控制激磁电感量,设计上便简化许多参数之要求. 可以用一句话来说明SRC是串联谐振串联负载之形式,所以只要单一谐振点便可以设计出一谐振式转换器.

图4-31 LLC负载曲线图

从图4-31的LLC负载曲线图可以说明一个重点，谐振式转换器在正常负载下其操作区域频率由Fmin~Fmax也就是说操作在第二谐振点以上在Fsw>=Fr2~Fr1之间，在轻载时,频率会 Fsw>Fr1,许多工程师都知道要将激磁电感变小,就可以设计LLC,但是都不是真正的了解为何会如此,其原因就是要用激磁电感与负载并联产生另一等效电感量Leq,此电感再与谐振电感(Lr)相加形成第二谐振点,因为是并联的效应,所以当设计功率越大时,激磁电感就要越小,才能并联产生另一等效电感量Leq,才有第二谐振点,如果激磁电感太大,可以由图4-31看到负载越重时, 第二谐振点会越靠近第一谐振点,所以因此有两个谐振点才能有电压增益,所以就能稳压, 可以用一句话来说明LLC是串联谐振并联负载之形式,所以一定要产生两个谐振点共四个参数,如此才能设计出一谐振式转换器.所以比较SRC与LLC在设计上的优缺点，LLC 远比SRC复杂难设计，如果不做负载曲线仿真的话是很难设计，所以SRC的单共振点在设计上就简单许多，如果不做仿真负载曲线仿真也不容易有设计上的问题。

所以就串联共振式转换器而言，就是分两种操作区域，SRC就是切换频率操作在谐振频率之上，LLC就是切换频率操作在两个共振点之间，所以LLC设计相对比较难。

在设计SRC+SR之谐振式转换器时,主要是考虑设计简单,效率高,可以直接利用CM6900来做同步整流,简化电路, 如果设计为SLS(SRC+LLC+SR) 之谐振式转换器时,主要是考虑HOLD-UP设计较难,会将负载曲线图用到LLC的区域,效率高,也可以直接利用CM6901来做同步整流,简化电路,一般而言300W以下之设计都可以达成效率95%以上,加上PFC的效率,全机可达90%@115VAC输入的条件.

使用CM6900来设计SRC(SRC+SR)谐振式转换器在设计SRC+SR之谐振式转换器时,会先以模拟的方式来仿真SRC之负载曲线图,如图4-18可以看到SRC负载曲线图,以此负载曲线图做为功率级之设计参考, 此负载曲线图可以利用虹冠电子所提供的MATHCAD之档案来执行模拟,产生此图

图4-32 SRC负载曲线图

图4-32的负载曲线图是利用mathcad依据输出输入的规格

ADAPTER/ LIGHTING电路参数设计

整体设计在设计时的流程如下:

一、设计流程与参数设定

a. 输入规格(330Vdc~395Vdc)

b. 输出规格(12V/13A)

c. 决定共振频率(Fr:一般取50Khz)

d. 决定控制IC(CM6900G)最低工作频率(Fmin与Fr相同)/最高工作频率(Fmax一般取200Khz)

e. 决定共振频率下的Q值:(一般取0.3~0.5)

f. 架构选择(500W以下用半桥CLASS D，500W以上可用标准半桥或全桥)

二、计算范例(12V/13A 156W)

在此以156W 12V/13A作为范例，说明SRC共振式转换器之设计与计算，图4-33为SRC半桥电路，图4-34为CM6900G之电路与使用组件值,在此会利用MATHCAD之数学软件工具来协助设计说明,相关的设计公式皆有说明,希望对有兴趣之工程师能有深入的了解,相关设计工具之设计档案(SRC CM6900)可与虹冠电子之代理商连络取得.