以MP6924A为核心的LLC拓扑学习【一】

PFC+LLC:

在PFC（功率因数校正）和LLC（谐振变换器）组成的电源系统中，各个电路有特定的作用，它们协同工作以实现高效率和高功率因数的电能转换。

1. PFC（功率因数校正）电路的作用

PFC电路一般位于AC输入端之后，其主要功能是：

作用：

提高功率因数：
- 将输入电流的波形调整为与输入电压同相（正弦波形），降低谐波含量。
- 确保从电网获取的功率大部分被有效利用，而非浪费在无功功率上。
整流和升压：
- PFC电路通常采用升压（Boost）拓扑，将整流后的AC电压（通常约为100-400V DC）提升到稳定的直流母线电压。
减少电网干扰：
- 减少对电网的谐波污染，符合如IEC 61000-3-2等国际标准的电磁兼容（EMC）要求。

典型电路：

无源PFC：通过电感、电容网络提升功率因数，简单但效果有限。
有源PFC：采用开关电路（如Boost变换器），可以实现接近1的功率因数。

2. LLC谐振变换器电路的作用

LLC谐振变换器位于PFC电路之后，主要用于将PFC输出的高压直流转换为负载所需的稳定直流电压。

作用：

电压转换与调节：
- 利用谐振网络和高频变压器，将PFC输出的高压直流转换为负载所需的低压直流（如12V、24V等）。
隔离：
- 通过变压器实现输入输出隔离，增强电路安全性和适应性。
高效率：
- 利用谐振原理实现软开关（ZVS或ZCS），降低开关损耗，提高效率。
- 支持高频运行，减小变压器和滤波器的体积。
输出稳定性：
- 调整谐振网络工作点，实现输出电压的稳压功能。

典型电路组成：

谐振网络： 由谐振电感、谐振电容以及变压器的漏感组成，决定谐振频率和工作模式。
开关电路： 一般为半桥或全桥结构，控制高频谐振。
整流与滤波： 二次侧采用整流器和滤波电容，输出平滑直流电压。

3. PFC + LLC整体架构的协同作用

工作流程：

AC输入电压：
- 输入为标准的交流电源（如220V/50Hz）。
整流桥：
- 将AC电压整流为不稳定的直流（带有高频纹波）。
PFC电路：
- 将整流后的DC提升为稳定的高压直流（如400V DC）。
- 调整输入电流波形，使其与输入电压同相，达到高功率因数。
LLC谐振变换器：
- 将PFC输出的高压直流转换为负载所需的低压直流（如12V DC）。
- 提供隔离和高效率的电能转换。

优点：

高功率因数： PFC电路改善了电网侧的功率因数，减少无功功率损耗。
高效率： LLC实现软开关，减小开关损耗和电磁干扰（EMI）。
模块化设计： PFC和LLC可以独立设计，便于调试和优化。

4. 实际应用场景

服务器电源： 高效率和高功率因数的DC电源。
LED驱动器： 提供稳定输出并减少电网谐波污染。
电池充电器： 提供隔离、安全且高效的电源。

MP6924A:

光有MP6924A组不成LLC，因为左侧的半桥没有驱动，所以需要HR1211放在作为半桥的驱动：

输出同步整流采用MPS MP6924 双路LLC同步整流控制器，可驱动两个同步整流管，支持快速关断，支持DCM、CCM和CrCM工作模式，外围元件精简。MP6924支持35V输出电压，可搭配逻辑电压和标准电压的同步整流管，支持CCM、CrCM和DCM运行模式，支持高侧和低侧同步整流，采用SOIC-8封装。

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ZVS（Zero Voltage Switching）和ZCS（Zero Current Switching）是两种软开关技术，旨在减少功率开关器件（如MOSFET或IGBT）在切换过程中的开关损耗，提高电路效率，减少电磁干扰（EMI）。

1. ZVS（零电压开关）

ZVS的原理是在开关器件的电压降到零或接近零时进行开通（Turn-On）。通过这种方式，可以避免电压和电流的重叠，从而显著降低开关损耗。

特点：

开通阶段： 开通时开关器件上的电压为零，电流开始流动。
实现方式： 利用谐振电路（如LLC谐振变换器），调整谐振电感和电容的参数，使得电压在开关开通前自然振荡到零。
优点：
- 降低了开通损耗。
- 更适合高频应用（如LLC拓扑）。
缺点：
- 对关断（Turn-Off）阶段的损耗无帮助。
- 对电路设计和控制要求较高。

应用：

ZVS常用于需要高效率的电路中，例如LLC谐振变换器、高频DC-DC变换器等。

2. ZCS（零电流开关）

ZCS的原理是在开关器件的电流降到零或接近零时进行关断（Turn-Off）。这样可以避免开关器件承受大的电流变化率（di/dt），从而减少开关损耗和器件的电应力。

特点：

关断阶段： 关断时开关器件的电流为零，电压随后升高。
实现方式： 通常通过谐振电感的作用使电流在开关关断前振荡到零。
优点：
- 降低了关断损耗。
- 减少了开关器件的电应力。
缺点：
- 对开通阶段的损耗无帮助。
- 实现ZCS的电路设计较复杂。

应用：

ZCS更适合用于需要关断大电流的电路，例如IGBT逆变器、功率因数校正（PFC）等。

3. ZVS与ZCS的对比

特性	ZVS	ZCS
开关时刻	零电压时开通	零电流时关断
损耗减少阶段	开通损耗减少	关断损耗减少
实现难度	适中	较高
适用器件	MOSFET为主	IGBT或MOSFET均可
典型应用	LLC谐振变换器、高频DC-DC	IGBT逆变器、大功率开关电源

4. 综合使用

在某些高效电路设计中，可能同时采用ZVS和ZCS。例如：

在LLC谐振变换器中，主要实现ZVS开通。
在某些逆变器中，可以通过电路优化实现ZVS开通和ZCS关断，从而最大限度减少损耗。

总结来说，ZVS和ZCS通过分别优化开通和关断损耗，成为高效率电力电子电路设计中的关键技术。

采用HR1211实现的600W 、PFC + LLC离线电池充电器 (monolithicpower.cn)

OUTPUT_JOB (monolithicpower.cn)