谐振控制器全方位解析
1. 引言
现代电子设备功能越来越多，设备功能的高功耗对环境的影响也越来越大。提高电源效率是降低功耗的方法之一。谐振拓扑具有较高效率，很多大功率消费电子产品和计算机都采用了这种电源拓扑，比如：液晶电视、等离子电视和笔记本电脑适配器。恩智浦专业谐振控制器可以帮助设计人员打造出高效的谐振电源，不仅在提高能效方面下功夫外，还特别重视电源解决方案的可靠性。本文介绍了恩智浦最新的谐振控制器产品：TEA1713和TEA1613。这两款器件采用了相同的新一代半桥谐振控制器。
2. 半桥LLC谐振转换器
2.1 半桥谐振转换器拓扑简介
谐振转换器由直流高压电源（升压）供电，直流电源通常由前置PFC转换器部分产生。谐振回路（或LLC回路）由电容器Cr和带Lr（漏电感）和Lp（励磁电感）的变压器组成，由2个高压MOSFET器件驱动。半桥控制器(HBC)交替驱动两个MOSFET。电流大小由工作频率决定。二次侧高频交流电压通过整流和滤波获得直流输出电压(Vout)。
2.2 自适应死区时间控制
由于MOSFET器件能够实现软开关，也称为零电压开关(ZVS)，这就为谐振转换器实现高效工作提供了可能。如果两个MOSFET开关动作之间有足够长的死区时间，半桥电压（HB节点）可以完全上升或下降，MOSFET即能实现零电压开关。通过这种方式可以最大程度降低开关损耗。
在半桥斜坡（上升沿/下降沿）结束后，一次侧电流会流过MOSFET内较高阻抗的体二极管，直至MOSFET器件打开。因此，死区时间太长会造成导通损失。
半桥斜坡速度以及死区时间取决于频率、输出负载、输入和输出电压。采用固定死区时间的控制器，死区时间无论是内部固定还是外部可配置的，电源设计人员难于找到合适的值。
恩智浦新一代谐振控制器实现了真正的逐周期自适应死区时间控制。HBC控制器先进的电路可以侦测到半桥斜坡结束点，确保在最佳时机开通MOSFET，实现真正的无损切换。参见图2，最大程度减少体二极管导通时间的同时实现软开关。自适用死区时间功能简化了谐振电源设计，最大程度提高了电源效率。
2.3 谐振转换器优化启动
2.3.1 软启动平衡
谐振转换器以高频启动，确保起始电流在安全范围内。随后开始扫频，频率逐步降低，直至达到正常工作频率。这一过程即为软启动。软启动扫描速度是折衷平衡的结果：
· 一方面，软启动应尽可能快，以便迅速达到设定的输出电压。在很多谐振电源设计中，控制器还通过缓冲电容器由谐振变压器供电。变压器输出电压的速度越快，所需缓冲电容充电量就越小，有利于降低缓冲电容规格。
· 另一方面，软启动频率扫描应尽可能慢，以避免过大的浪涌电流。浪涌电流幅度取决于输入电压、软启动扫频速度以及与负载相关的输出电压上升情况，因此在实际操作中很难预测。电源设计人员必须选择最慢的扫频速度，以适应最大负载时的最坏情况。
