简述LLC 串联谐振变换器 FSFR2100的工作原理

谐振网络通常由多个无源电感或电容组成，由于元件个数和连接方式上的差异，常见实用的谐振变换器拓扑结构大致分为两类：一类是负载谐振型，另一类是开关谐振型。负载谐振型变换器是一种较早提出的结构，注重电源电压转换比特性的改善，按照谐振元件的谐振方式可分为串联谐振变换器、并联谐振变换器以及两者结合产生的串并联谐振变换器。

串联谐振：由于是串联分压方式，其直流增益总是小于1，类似BUCK变换器;轻载时为稳住输出电压，必须提高开关频率，在轻载或空载的情况下，输出电压不可调，输入电压升高使系统的工作频率将越来越高于谐振频率，而谐振频率增加，谐振腔的阻抗也随之增加，这就是说越来越多的能量在谐振腔内循环而不传递到副边输出;但在负载串联谐振中，流过功率器件的电流随着负载变轻而减小，使通态损耗减小。

并联谐振：输出端可以开路但不能短路，会损坏谐振电容，并且过大的原边回路电流对开关器件及电源都会产生冲击;轻载时，不需通过大幅改变频率来稳住输出电压，与串联谐振相比变换器工作范围更大，可工作至空载;当轻载时输入电流变化不大，开关管的通态损耗相对固定，在轻载时的效率比较低，较为适合工作于额定功率处负载相对恒定的场合。

传统的 LC 串联谐振开关电源为了实现小型化，被迫提高其工作频率。以减小滤波电感和开关变压器的体积。但频率的提高却使开关损耗增加而效率下降，且开关噪声变大。

LLC串联谐振变换器主要采用电流谐振、只在开关从 ON 到 0FF 及 OFF 到 ON 期间是电压谐振，其开关波形为正弦波，因而在给开关元件加上电压时，不会流过大电流;而且利用开关元件的寄生电容实现零电压开关 (ZVS) ，可制成高频、高效及噪声极低的变换器。

传统 LC 串联谐振变换器电路如图 1 所示 ( 去掉 Lm) 。 Lr 为开关变压器漏感， Cr 为谐振电容， Tr1 和 Tr2 分别用具有微小静寂时间的 50 % N 占比驱动。由于在 h 与 Cr 的谐振频率 f0 时，输入输出增益最大为 1 倍，为了稳定输出电压，有必要提高工作频率。但在理论上。空载时须将频率提高到无限大，才能稳定工作。这是 LC 串联谐振变换器的缺点。

增加 Lm 就是 LLC 串联谐振变换器电路。与 LC 串联谐振变换器不同，在开关变压器的一次侧并联了小电感量的励磁电感 Lm ， Lm 的电感量仅是漏感 Lr 的 3-8 倍;此外，变压器的磁芯留有气隙，以适应小的励磁电感。

FSFR2100 是单片 LLC 串联谐振变换器 IC ，包含了 LLC 串联谐振变换器的全部功能：内部 FET 的 VDs=600V .导通电阻 0 . 32 Ω，体二极管的 tn=120ns 。●静寂时间为固定的 350ns 。●工作频率 300kHz 以上。●可程控的轻负载周期跳跃工作。●利用控制端 (CON) 可遥控 ON / OFF 。●输入过电压保护。●过电流保护 ( 检出电压 0 . 6V) 。●热击穿过电流保护电路 ( 检出电压 0 . 9V) 。●过热保护电路。●最高、最低工作频率设定。●保证稳定输出的频率控制。

FSFR 2100 的①脚 (VDL) 为内部 FET 漏极电压端;②脚 (CON) 为控制端， 0 . 4V 以下停止工作， 0 . 6V 以上正常工作，与光电耦合器连接可实现周期跳跃工作;③脚 (RT) 为频率控制端，利用光电耦合器恒压控制。以及最高、最低频率和软启动设定;④脚 (CS) 为过电流检出端， 0 . 6V 动作， 0 . 9V 热击穿过流保护动作，需接 CR 滤波器;⑤脚 (SG) 为信号地，与 PG 端子在控制电路的地作一点连接;⑥脚 (PG) 为电源地，低位 FET 的源极;⑦脚 (LVcc) 为控制电路电源端， 25 Vmax ，启动电压 14 . 5Vtyp ，停止电压 11 . 3Vtyp ;⑧脚 (NC) 为空脚;⑨脚 (HVcc) 为高位 FET 驱动电源，通常 LVcc ：由电荷泵提供，对地电压 625Vmax ;⑩脚 (VCTR) 为高、低位 FET 的连接点。

图 2 是 IC 内部框图，图 3 是应用电路。输入电压为 D(B40V-400V ：输出容量 24V / 8A 、 192W ： T1 的一次线圈 36 匝。电感 630 μ ( 包括励磁电感 4951xH 和漏感 135 μ H) ;两个二次线圈各 4 匝;谐振电容 22nF 。