前言：這是我在2015年菜鳥階段寫的調(diào)試記錄，回顧了當(dāng)時(shí)做一個(gè)項(xiàng)目上遇到的問題。由于當(dāng)時(shí)水平垃圾，所以有錯(cuò)誤懇請包涵，還請幫忙指正。發(fā)出來只是湊一期內(nèi)容推送，最近工作有點(diǎn)忙。

開始：

G0917 項(xiàng)目經(jīng)過兩個(gè)星期的調(diào)試，現(xiàn)在完成基本性能的要求。下階段是針對雷擊、傳導(dǎo)、輻射等方面的調(diào)試和測試。下面將把一個(gè)采用ICE2HS01G控制的LLC項(xiàng)目所需要注意的點(diǎn)，做一個(gè)逐一的記錄和分析。

第一部分諧振參數(shù)的選擇

LLC是非常適合高頻工作的拓?fù)洌谌秶鷥?nèi)的軟開關(guān)是非常優(yōu)秀的性能。那么對于實(shí)際項(xiàng)目，該選擇到什么頻率的工作點(diǎn)，就決定了變壓器和諧振電感的體積。較高頻率的工作，能選擇更小體積的磁芯，小體積的磁芯在高dB工作時(shí)，雖然有較高的mw/Cm^3的比例，但是體積較小對比選擇較大磁芯，使用較小dB，但是體積量較大，所以不一定會有很差的效果。

目前，我所考慮LLC的工作頻率在較高體積要求的場合，我建議不低于100KHZ。選擇磁芯后，按照計(jì)算表，選擇合理的dB，控制磁芯損耗和線圈損耗。

工作點(diǎn)的放置：

對于輸出電壓太高，需要使用較高耐壓的二極管。考慮輸出二極管的反向恢復(fù)引起的電流干擾，可以使用低于諧振頻率運(yùn)行，這樣可以讓副邊實(shí)現(xiàn)ZCS，對高壓小電流輸出，會有一定的優(yōu)勢。但是對于低電壓，大電流的應(yīng)用。可以讓工作頻率稍微高于諧振頻率，這樣副邊電流是連續(xù)，對減少輸出電容的紋波電流應(yīng)力應(yīng)該有一定的幫助。下圖是一款12V71A的 PC電源的實(shí)際測量波形，可見工作在諧振頻率之上。

但是要從恒流的角度考慮的話，隨著輸出電壓降低，所需要的增益越來越小，此時(shí)開關(guān)頻率會不斷提高。如果恒流時(shí)發(fā)生打嗝的問題，就要考慮Fmax是否限制住了增益進(jìn)一步的降低。同時(shí)恒流時(shí)，發(fā)現(xiàn)恒流在間歇工作時(shí)，首要考慮的是是否運(yùn)放的拉電流太大，是否需要加大運(yùn)放到光耦之間串聯(lián)的電阻，用以降低恒流時(shí)的增益。

將工作點(diǎn)放在開關(guān)頻率之上，還有一個(gè)考慮點(diǎn)就是，在輸出電壓可變時(shí)，開關(guān)頻率的變化范圍。而且在開關(guān)頻率變化范圍內(nèi)，是否全范圍都實(shí)現(xiàn)了軟開關(guān)。比如54V~48V的輸出系統(tǒng)，一把是把54V放在最佳工作點(diǎn)點(diǎn)，當(dāng)電壓下降時(shí)，開關(guān)頻率一路上升，使得頻率控制變得可調(diào)。

關(guān)于諧振參數(shù)的選擇，這里有一個(gè)CM6901的文檔：

上面說到，開關(guān)頻率最佳為，SRC諧振頻率 *1.2倍 = SRC的工作頻率Fr。這一條到底有沒有意義，我要去計(jì)算一下。Q 最佳為 0.3 到 0.5之間。由于ATX不考慮輸出電壓變化，所以不太考慮輸出電壓變化時(shí)，開關(guān)頻率的變化范圍問題。

第二部分

ICE2HS01G控制器的使用細(xì)節(jié)：

1、Fmin，Rfmin的設(shè)置。從Freq引腳直接到地的電阻，設(shè)置了最低頻率。但是，Load引腳，會通過電壓分壓檢測Freq引腳的電壓，如果Load引腳的電壓高于1.8V，則判斷為過功率保護(hù)or開環(huán)保護(hù)。為什么呢？因?yàn)楫?dāng)負(fù)載加大時(shí)，開關(guān)頻率會下降。光耦會降低拉Freq引腳的電流，那么僅僅從電壓角度來看，F(xiàn)req引腳有2V電壓會不會被拉的很低，所以當(dāng)Freq電壓為1.8V時(shí)，也說明此時(shí)工作頻率已經(jīng)非常接近你所設(shè)定的Fmin的值，如果在正常帶負(fù)載時(shí)，因?yàn)長oad引腳電壓高于1.8V保護(hù)掉了，考慮考慮繼續(xù)降低Fmin。

2、Load引腳，會在低于0.15V會進(jìn)入跳周期模式。因?yàn)樵谪?fù)載降低后，開關(guān)頻率會上升。此時(shí)反饋環(huán)要拉升開關(guān)頻率，來達(dá)到降低輸出電壓的目的。但是在空載時(shí)，因?yàn)楦边吚@組上的電壓振蕩。使得反饋環(huán)即使提升開關(guān)頻率也不會把輸出電壓降低，當(dāng)開關(guān)頻率提升到極限。也就是光耦拉電流拉的使Freq引腳電壓從2V下降到0.15V后，控制開始跳周期工作。

3、空載穩(wěn)壓：可以嘗試在原邊的管子上并聯(lián)電容，降低空載時(shí)副邊繞組上的電壓振蕩峰值。但是在管子上并聯(lián)電容后，需要考慮死區(qū)時(shí)間內(nèi)能否實(shí)現(xiàn)ZVS。

4、VMC一般會禁用，VMC工作時(shí)，會發(fā)3個(gè)波，停止三個(gè)波。一般通過10K電阻接地，禁用。

5、VINS 母線電壓檢測，當(dāng)該引腳電壓低于1.25V時(shí)，控制器不會發(fā)波。

6、TD 原邊死區(qū)時(shí)間設(shè)定。通過電阻到地簡單設(shè)定。

7、Delay 高級延時(shí)設(shè)定。為了SR可靠性，當(dāng)原邊開關(guān)關(guān)閉和副邊SR信號關(guān)閉之間的時(shí)間差，可以通過Delay引腳到Gnd的電阻設(shè)定。

副邊SR的開通時(shí)間受下面幾個(gè)條件限制，比如：諧振參數(shù)、負(fù)載條件、母線電壓。但是SR MOS的開通時(shí)間，不能長于原邊MOSFET的開關(guān)信號，否則會有炸雞的風(fēng)險(xiǎn)。所以，SR 控制器關(guān)閉SR信號有兩個(gè)條件：原邊驅(qū)動信號關(guān)閉或SR控制器的ON定時(shí)器時(shí)間到了。兩者其中那個(gè)先達(dá)到條件，就關(guān)閉SR-MOS。

然而，從IC驅(qū)動信號到副邊SR -MOS這個(gè)延時(shí)，可能會比原邊開關(guān)關(guān)閉要慢。因此，這個(gè)關(guān)閉延遲功能，就是為對這個(gè)延遲可調(diào)而實(shí)現(xiàn)。代替原邊驅(qū)動信號關(guān)閉后在去關(guān)閉SR-MOS，這樣可以更加可靠（更加快）的關(guān)閉SRMOS，避免因?yàn)殛P(guān)閉延遲引起的系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)。而且這個(gè)延遲還是可以通過接地的電阻來調(diào)整的。

IC內(nèi)部的延遲是通過一個(gè)固定的2V電壓，通過外接的電阻流過的電流來實(shí)現(xiàn)定時(shí)。比如關(guān)閉延遲330ns時(shí)，Rdelay為51K見下圖，電阻和延遲時(shí)間的關(guān)系。

簡單的說：為了避免IC用原邊驅(qū)動信號關(guān)閉后再去關(guān)閉SRMOS，而引入了另外一個(gè)電路，可以在原邊管子關(guān)閉之前300ns（可調(diào)）的時(shí)間關(guān)閉SRMOS。那么SR關(guān)閉后，原邊會插入一個(gè)死區(qū)時(shí)間，比如也是300ns，然后SR會比原邊驅(qū)動信號晚一點(diǎn)開假如100ns，所以從SRMOS從關(guān)閉到再次開啟之間的時(shí)間差為：300ns Tdelay + 330ns Td + Tsr 100ns = 730ns。已經(jīng)相當(dāng)可靠，如果從效率的角度考慮，可以讓這個(gè)Tdelay的時(shí)間減少，最好提前100ns關(guān)閉就可以。那么加上死區(qū)時(shí)間，就會有530ns的時(shí)間，也足夠可靠。

8、 Vres (resonant voltage setting) 諧振電壓設(shè)定

這個(gè)電壓是用來決定諧振半橋的工作模式是在CCM或DCM。如果是在DCM模式，那么原邊驅(qū)動信號開啟到副邊SR ON信號開啟之間的將沒有延時(shí)。如果是在CCM模式，控制器會在原邊開通信號和副邊SR ON信號之間添加一個(gè)開通延遲。如果判斷呢？當(dāng)Vres電壓低于VINs引腳的電壓。如何才算進(jìn)入CCM模式呢，只有當(dāng)母線電壓高于設(shè)定值時(shí)。比如390V為設(shè)定值，低于這個(gè)值為Fsw

如把Vres設(shè)計(jì)為VINS引腳在390V的分壓，當(dāng)母線電壓為高于390V時(shí)，Vins引腳的電壓就會比Vres高。IC就會判斷，此時(shí)工作在Fsw>Fr模式。 當(dāng)母線電壓較高時(shí)，LLC的副邊會工作在CCM模式，SR MOS會存在體二極管反向恢復(fù)的電流。為了最佳的性能，應(yīng)該避開SR MOS的體二極管的恢復(fù)電流時(shí)間。因此控制器會在CCM時(shí)，插入一個(gè)開頭延遲，從而避開了這個(gè)反向恢復(fù)電流時(shí)間。在控制器內(nèi)部，當(dāng)VINS電壓高于VRES時(shí)，SRMOS的開通回避原邊MOS的驅(qū)動信號晚250ns。

9、CS 電流檢測信號

過流保護(hù)信號，在CS高于0.8V后會停止發(fā)波，等故障定時(shí)時(shí)間結(jié)束后，會重新發(fā)波，如果過電流還沒解除，會繼續(xù)打嗝重啟。

在CS電壓高于1.5V后會鎖機(jī)，應(yīng)該避免CS引腳電壓高于1.5V。通常使用TVS管，控制CS引腳的電壓，也可以使用二極管鉗位諧振電容的電壓來避免短路時(shí)，諧振電容電壓高于400V，CS電壓也會被限制到400V內(nèi)感測的值，一般不會鎖機(jī)。經(jīng)過實(shí)際測試，使用二極管鉗位電路控制諧振電容的電壓后，短路不會鎖機(jī)。而且短路保護(hù)拉升頻率的速度也非常快。

10、CL Current Lever 電流等級

通過一個(gè)電阻將CL和SRD連接起來，這個(gè)電阻決定了同步整流的開通時(shí)間和負(fù)載電流的關(guān)系。在控制器內(nèi)部，CL引腳電壓和CS引腳成比例，內(nèi)部也有一個(gè)鉗位電路控制CL引腳電壓不高于1.95V。可通過外部一個(gè)去耦電容接到地，濾除從CS引腳傳過來的高頻紋波，從而降低SR 驅(qū)動器關(guān)于開通時(shí)間和負(fù)載電流的變化情況。

SRD ：這個(gè)引腳用來關(guān)閉SR 功能，通過下拉電阻將SRD接到地、軟啟動、保持時(shí)間、OCP或其他異常條件。內(nèi)部有一個(gè)限制電流的電流源，通過運(yùn)放在引腳外部保持了2V的電壓。通過流出SRD引腳的電流，如果連接了RCL。則流出引腳的電流會決定副邊SR MOS的導(dǎo)通時(shí)間，通過選擇不同的RSRD或RCL來設(shè)置副邊SR ON時(shí)間與負(fù)載電流的關(guān)系。

這里的意思是，把SR MOS的開通時(shí)間和原邊電流感測CS聯(lián)系了起來。CL是可以反應(yīng)CS引腳的電壓的。通過CL和RSD之間的電阻，CL也有電壓再加再RSRD上，基于KVL定律，當(dāng)VCL電壓高時(shí)，流出SRD的電流小，當(dāng)VCL低時(shí)流出SRD的電流大。從而決定在較低負(fù)載時(shí)，SR ON的時(shí)間較短。當(dāng)CL的電壓上升到2V后，負(fù)載電流將不再會影響了SR ON的時(shí)間。可見下圖

SR ON TIME CONTROL

SR 控制振蕩器，具有兩個(gè)功能。確定 SR MOS 的開通時(shí)間。他使用一個(gè)穩(wěn)定的電流對電容充電。充電電流正比于流出SRD引腳的電流，而且被充電的電容集成在IC內(nèi)部。SRD引腳的電壓被穩(wěn)定到2V，SR MOS的開通時(shí)間，能通過外接到SRD引腳的等效電阻來編程。

在這個(gè)典型的應(yīng)用中，5us的的開通時(shí)間，通過設(shè)定SRD外接的等效電阻到地為62K。關(guān)于SRD接地電阻和開通時(shí)間的關(guān)系可見下圖。

固定的SR MOS開通時(shí)間控制，并不適用于高性能的LLC變換器。首先LLC的工作頻率會受到負(fù)載條件，母線電壓等外置條件的影響。所以副邊的開通周期顯然不是固定的，需要引入負(fù)載和母線電壓的考慮。

然而原邊繞組電流能準(zhǔn)確的反映出負(fù)載的狀態(tài)，通過對原邊的電流檢測能夠?qū)⒇?fù)載信息輸入到SR控制器。在控制器內(nèi)部，通過CS引腳電壓來反映一個(gè)電流等級CL的電路。CL通過一個(gè)電阻和SRD引腳連接，可以實(shí)現(xiàn)在輕負(fù)載時(shí)SRD的流出電流。

當(dāng)有重負(fù)載和較低的母線電壓時(shí)，CL引腳電壓會被鉗位在與SRD引腳電壓相同的電壓，所以，SR MOS的開通時(shí)間，只會受到SRD外接到地的電阻Rsrd控制。如果有一個(gè)較輕的負(fù)載反應(yīng)到CS引腳上。那么CL引腳電壓會降低會通過連接到SRD引腳電阻來加大流出SRD的電流，減少SR MOS 的開通時(shí)間。電阻RCL可調(diào)整CL減弱SR MO 開通時(shí)間的速度。

SR Protections

SR控制在實(shí)際工作中，并不能在任何情況下工作。在某些情況下，SR 驅(qū)動信號應(yīng)該被禁止。一旦這種情況結(jié)束，IC會重啟SR，重啟時(shí)會進(jìn)行SR的軟啟動。

在原邊軟啟動時(shí)，SR會被禁止。當(dāng)SS引腳電壓高于1.9V 20ms后，SR將會被使能。

當(dāng)LOAD引腳電壓低于0.2V，非常輕的負(fù)載時(shí)，IC也會將關(guān)閉SR 信號。如果LOAD引腳電壓高于0.7V，IC會將SR軟啟動并重啟。

當(dāng)OCP發(fā)生時(shí)，如果軟啟動電壓低于1.8V，SR會被禁止。只有當(dāng)SS引腳高于1.9V 20ms后才重啟SR。

OCP時(shí)， CS引腳電壓高于0.9V。SR也會禁止。當(dāng)CS電壓低于0.6V SR會重啟。

當(dāng)上面四種情況發(fā)生時(shí)，IC會關(guān)閉SR同時(shí)也會降低SRD引腳電壓拉到0V。

第三部分實(shí)際項(xiàng)目中的短路和過流調(diào)試

首先，這個(gè)控制的過流保護(hù)會有兩種情況：1、LOAD引腳電壓高于1.8V。2、CS引腳電壓高于0.8V。

在實(shí)際調(diào)試中應(yīng)該要注意到這兩個(gè)保護(hù)的不同，首先LOAD引腳電壓高于1.8V，是和FMIN設(shè)置有關(guān)系。當(dāng)負(fù)載加大，開關(guān)頻率降低時(shí)，如果FMIN設(shè)置不夠低，那么LOAD光耦上的電壓就非常接近2V。所以LOAD已經(jīng)會檢查到高于1.8V后，停止發(fā)波，實(shí)現(xiàn)打嗝保護(hù)。

實(shí)際案例，今天在新組裝樣機(jī)時(shí)，發(fā)現(xiàn)一個(gè)54V一路帶到4A左右就保護(hù)了，最低頻率設(shè)置的是97K，之前之所以可以帶起來，是因?yàn)槟妇€電壓是400V，現(xiàn)在母線電壓被下降到390V后，就不能帶負(fù)載了，將最低頻率的電阻設(shè)置到18K后，可以正常帶負(fù)載。

過流保護(hù)，CS引腳電壓高于0.8V后實(shí)現(xiàn)打嗝保護(hù)。在利用RC電路來感測諧振電容上的電壓，應(yīng)該明白的是，CS引腳上的電壓是有紋波的，CS引腳上的紋波受到接地CS盤路電容的控制，一般選擇470nF~1uF的電容。有些時(shí)候，為了防止CS電壓高于1.5V，IC鎖定。會在CS上加一個(gè)TVS管，但是使用二極管鉗位諧振電容后，似乎諧振電容上的電壓不會高于1.5V了。這個(gè)TVS應(yīng)該就不要用了，在實(shí)際測試上也看到，反復(fù)短路N次后，依然不存在鎖機(jī)的可能性。

短路測試，掃描時(shí)間加長：

恒流環(huán)的調(diào)試：恒流環(huán)主要講究一個(gè)慢。如果恒流的增益太大，就會有打嗝的情況。使用時(shí)間常數(shù)較大的反饋參數(shù)，C61和R88可以選擇1UF和100R，運(yùn)放拉電流的串聯(lián)電阻R102可以根據(jù)實(shí)際情況增加，一般選擇到3.3k~5.6k左右，只需要了解到恒流環(huán)主要考慮一個(gè)慢字，降低響應(yīng)速度，可以保證穩(wěn)定的恒流。

在恒流測試時(shí)也應(yīng)該考慮的一個(gè)問題就是，恒流時(shí)能否也可以實(shí)現(xiàn)ZVS，因?yàn)楹懔鞴ぷ黝l率較高，如果不能實(shí)現(xiàn)ZVS，就需要考慮諧振參數(shù)和死區(qū)時(shí)間的組合問題。

第四部分能否實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)的關(guān)鍵

LLC實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)要比ZVS FB要容易，參數(shù)合理可以在全負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)。主要是靠勵(lì)磁電感在死區(qū)時(shí)間內(nèi)將電容的電荷拉走，計(jì)算公式可見下圖：需要首先定義的量為：Cds的等效電容（包含并聯(lián)上去的電容），死區(qū)時(shí)間的長度。

根據(jù)電容和死區(qū)時(shí)間，就可以計(jì)算出大概需要多少的勵(lì)磁電感。選擇勵(lì)磁電容就決定了勵(lì)磁電流和軟開關(guān)的條件。在選擇勵(lì)磁電感時(shí)，需要注意勵(lì)磁電流和諧振電流的峰值的比例。一般可以選擇到勵(lì)磁電流為峰值電流的一半，或者更小1/3。這樣可以使MOSFET在關(guān)閉時(shí)，流過管子的電流較低，降低了關(guān)閉損耗。

可從上圖實(shí)際測試的波形看到，流過MOS的電流在周期的關(guān)閉階段，是直接下降的。也就是說，在勵(lì)磁電流和諧振電流Ir的交叉點(diǎn)越低，MOS的關(guān)閉電流就會越小。

經(jīng)過在Mathcad里面試驗(yàn)，如果把Im/Ir為一半時(shí)，M選擇到5~6之間，Q可以選擇到0.45左右，Gmax一般可以到1.25。這樣可以得到不錯(cuò)的參數(shù)，有1.25的增益可以在Holdtime時(shí)，母線電壓下降時(shí)能延遲保持時(shí)間。也能在可調(diào)電壓的輸出時(shí)，能得到所需要的高壓輸出。

增益曲線：

實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)的波形：

如果非要強(qiáng)行選擇Ir/Imag 為1/3 ~１/４的話，會出現(xiàn)增益不夠的情況。當(dāng)然如果輸出電壓不需要調(diào)壓或者恒流，可以使用很大的Lm/Lr。這需要分場合使用。

第五部分空載輸出穩(wěn)壓

但是為了空載穩(wěn)壓，會在原邊的MOSFET上并聯(lián)電容。添加到管子到的Cds的電容會影響到規(guī)定時(shí)間內(nèi)的ZVS實(shí)現(xiàn)，因?yàn)閷﹄娙莘烹娦枰L的時(shí)間了。這需要根據(jù)實(shí)際的電容來調(diào)整死區(qū)時(shí)間的長度。針對空載穩(wěn)壓，還可以在空載時(shí)實(shí)現(xiàn)PWM控制。降低傳遞到副邊的脈沖寬度，也能較好的時(shí)間空載穩(wěn)壓的目的。空載輸出電壓不能穩(wěn)定主要的問題是因?yàn)楦边吚@組的電壓波形已經(jīng)變?yōu)檎袷帲辉谑且粭l直線，所以被二極管整流過去后就是輸出電壓會飆高，可見下圖：

因?yàn)樵诳蛰d時(shí)，增益曲線在高頻段已經(jīng)下降的很平坦，頻率的改變對增益改變作用已經(jīng)不在巨大。所以單純的升高頻率基本不會解決空載穩(wěn)壓的問題。因此需要從改變上圖中空載副邊繞組的波形來入手，通過在原邊管子上并聯(lián)電容是改變諧振工作狀態(tài)的一個(gè)辦法，由于能實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)所以添加電容問題不大。

但是從增益的角度來考慮，如果把變壓器的匝比稍微改變，讓在空載所需要的增益比之前的增益要大，那么開關(guān)頻率就會相應(yīng)的下降。所以，把原邊繞組加大1圈或2圈，也是能解決空載穩(wěn)壓的一個(gè)好辦法。但是有些原邊圈數(shù)很少的應(yīng)用，改變一匝，都能很嚴(yán)重的影響工作點(diǎn)。所以也是需要好好考慮的問題。這里有個(gè)簡單的辦法就是，改變母線電壓，將母線電壓不斷下降，指導(dǎo)空載能穩(wěn)定住。然后看看此時(shí)的母線電壓對應(yīng)正常電壓的匝比關(guān)系，就可以準(zhǔn)確的確定匝比。

小結(jié)：現(xiàn)在回頭來看新手時(shí)期做的筆記，可以看出我把問題想的很簡單，并沒有深入去思考為什么，對控制和系統(tǒng)的理解也很淺顯，大有囫圇吞棗之感。幸好是2015年的我，2022的我還可以繼續(xù)努力。感謝支持，感謝觀看。最近要水幾期，請諒解。