【应用】基于LCS705HG、LNK302D离线式开关IC的184 W LLC 恒压/恒流输出电源设计方案

时间： 2019-02-18 来源：Power Integrations

技术问答

本应用方案基于Power Integrations HiperLCS的集成了LLC控制器、高压功率MOSFET及驱动器的电源IC LCS705HG和LinkSwitch-TN 离线式开关IC LNK302D，设计了一款8A/23 V/184 W、无PFC输入级的LLC 恒压/恒流输出电源，该电源采用90 VAC到132 VAC输入电压，47到64Hz输入频率，充电效率高达90%以上，广泛应用于电池充电器，尤其是电动自行车充电器，电路板如图1所示。

图1，8A/23 V/184 W、无PFC输入级的LLC 恒压/恒流输出电源电路板

该充电器原理图如图2.1和图2.2所示，其中图2.1是基于电源IC LCS705HG设计的通过倍压器进行供电的LLC电源，主要包含EMI滤波/倍压器，LLC转换器和输出整流这三部分电路，此外，图2.1右下角是基于离线开关IC LNK302D设计的反激式偏置电源，为初级和次级控制电路提供电源。而图2.2是辅助控制电路，提供输出恒定电流和恒定电压控制，以用于电池充电器应用。

图2.1，8A/23 V/184 W、无PFC输入级的LLC 恒压/恒流输出电源原理图（1）

图2.2，8A/23 V/184 W、无PFC输入级的LLC 恒压/恒流输出电源原理图（2）

8A/23 V/184 W，无PFC输入级的LLC 恒压/恒流输出电源关键设计点

1.EMI滤波/倍压器

1.1 AC被移除时，R1，R2和R3对C1和C2(控制差模噪声)进行放电，L1控制共模EMI。

1.2 热敏电阻RT1用来提供浪涌限制，C16滤除共模EMI，L2滤除差模EMI。

1.3 C3，C4和BR1形成倍压器，将90~132 VAC转换为250~380 VDC的 B+ 电源。

2.LLC谐振转换器设计

2.1 U1的HB(LLC谐振半桥)输出通过阻塞/谐振电容（C14）来驱动输出变压器T1（ETD34）。变压器T1的漏电感大约为70μH，与C14一起，可将初级串联谐振频率大约设置为105kHz。

2.2 通过调整初级匝数来设置变压器匝数比，进而调整输入电压和满载时的工作频率。由于输入和输出电压变化很大，100 kHz的工作频率是变压器尺寸和工作频率动态范围这两者之间的良好折衷。

2.3 分压器R4至R10设置U1的高压导通，关断和过压阈值，可以选择分压器值以将LLC导通点设置为232 VDC，将关断点设置为184 VDC，输入过压关断点为400 VDC，内置迟滞将输入欠压关断点设置为184 VDC。

2.4 电容C15与C14形成分流器，用于采样部分初级电流。电阻R21检测到该电流，并由R20和C13滤波。此外，电阻R20和电容C13将初级电流信号滤波至IS引脚，由于IS引脚可以承受负电流，因此电流检测不需要复杂的整流方案。

2.5 FEEDBACK引脚具有2.6 kHz /μA的近似特性，当进入反馈引脚的电流增加时，U1的工作频率也会增加，从而降低输出电压。当反馈环路断开时，电阻R12被C7旁路，以在启动期间提供输出软启动，最初允许更高的电流流入反馈引脚，这导致开关频率开始高然后降低，直到输出电压达到稳压。此外，光电耦合器U4通过R14驱动U1反馈引脚，限制最大光耦合器电流流入反馈引脚。

3.主偏置电源

元件U2，T2 Q1，VR2，VR3，D11，C27，C28，C30，C31，R36，R38和R40构成了用于U1的12V稳压反激偏置电源。同时，元件D9和C29通过T2 VR3上的三重绝缘绕组可以为二次控制电路产生12 V偏置电源，而D11则用来保护U2漏极免受漏电尖峰的影响。

4.输出整流

变压器T1的输出由D4，D5和C17，C18，C19整流和滤波，电容C17，C18是选择用于输出纹波电流额定值的铝聚合物材质的电容器。电容C19用来提供阻尼，使得频率补偿变得更容易。输出整流器D4和D5是选择用于高效率的60 V肖特基整流器。此外，将变压器次级半部交织在一起，可减少两个次级半部之间的漏电感，从而降低最坏情况下的峰值反向电压，并允许使用60 V肖特基二极管，从而提高效率。

5.输出电流和电压控制

5.1 输出电流通过电阻R34和R35检测，由于二极管D8的钳位作用，避免了在输出短路期间损坏电流控制电路。同时，元件R29和U3为电流检测和电压检测放大器U5A和U5B提供电压基准，电流检测放大器U5A的参考电压由R31和R32分压，并由C26滤波。

5.2 该方案的默认电流限制设置为8 A，由R34，R35和R31，R32编程，并且来自电流检测电阻的电压可通过R33施加到U5A的反相输入端。此外，U5A通过D6和R23驱动光耦U4，元件R30，R33，R23，C24和C33用于电流环的频率补偿。

5.3 当未接通电流限制时，U5B用于输出恒压控制，电阻R24和R27检测输出电压。参考电压通过滤波器元件R28和C22从U3施加到U5B的非反相输入端。

5.4 元件R39，SW1和U6用来提供远程启动。当SW1打开时，U6的输出晶体管下拉U1的OV / UV引脚，激活欠压关断。当关闭SW1时将关闭U6，并允许U1正常启动序列。

为U1设计输入欠压/过压网络

HiperLCS的UV / OV阈值电压设置为131％的固定比率，针对升压PFC前端的操作进行了优化。如果该部件与倍压器输入级一起使用，则B +电压范围太宽，无法通过使用简单的分压器为OV / UV引脚供电。如果设置分压器使HiperLCS在工作范围的低端（~85 VAC）正常启动，则HiperLCS B + OV保护将导致器件在达到115 VAC的标称工作电压之前关闭。针对这个问题，较为理想的解决方案是使用“软钳位”来塑造UV / OV分压器的输出，以便在更高的B +电压下达到OV保护，同时仍保持原始的UV设定点，实现此目的的电路如图3所示。

图3，为U1设计的输入欠压/过压网络

8A/23 V/184 W，无PFC输入级的LLC 恒压/恒流输出电源变压器规格

1)LLC变压器(T1)

变压器绕组方式如图5，其中250/#40AWG是250股径规格为40AWG的线；6T是绕6圈，其他依此类推即可。

图5，8A/23 V/184 W、无PFC输入级的LLC 恒压/恒流输出电源的LLC变压器示意图

变压器在每秒60Hz的情况下，其耐压值为交流3000V；当引脚9，12相连，其他所有绕组开路，测量频率为100 kHz和0.4 VRMS时，测得初级电感为250μH；当引脚9，12连接，其他所有绕组开路时，测得谐振频率最小为2400KHz；当引脚9，12连接，引脚1，6短路，测量频率为100 kHz和0.4 VRMS时，测得初级漏电感最大为67μH。

2)备用变压器(T2)

变压器绕组方式如图6，其中#36AWG是径规格为36的线；31T是绕31圈，其他依此类推即可。

图6，8A/23 V/184 W、无PFC输入级的LLC 恒压/恒流输出电源的备用变压器示意图

变压器在每秒60Hz的情况下，其耐压值为交流3000V；当引脚1，4相连，其他所有绕组开路，测量频率为100 kHz和0.4 VRMS时，测得初级电感为3.2mH；当引脚1，4连接，其他所有绕组开路时，测得谐振频率最小为600KHz；当引脚1，4连接，引脚5，8，FL1，FL2短路，测量频率为100 kHz和0.4 VRMS时，测得初级漏电感最大为20μH。

8A/23 V/184 W，无PFC输入级的LLC 恒压/恒流输出电源效率曲线图

图7，8A/23 V/184 W、无PFC输入级的LLC 恒压/恒流输出电源效率曲线图

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鄗立恒 Lv8. 研究员 2019-02-18

学习了。
棒棒猫 Lv6. 高级专家 2019-02-18

不错

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