作者：Jiawei Bao, Aki Li, Bing Lu

隔离驱动被广泛的应用在工业产品中，其供电隔离电源的设计是隔离驱动设计的关键一环。传统的隔离驱动供电方案多数采用反激或推挽结构，而与这两种方案进行对比，LLC谐振变换器有着自己独有的优势，高功率密度，低噪声，低成本。

由于系统的可靠性、冗余性等问题，集中式控制的供电架构逐渐向分布式开环方法发展。开环控制，如50%占空比的推挽结构被广泛的使用在提供隔离供电的场景中。然而副边的高dv/dt会通过变压器原副边的寄生电容耦合到原边，产生噪声，甚至影响原边控制器的工作。若想减小变压器原副边的寄生电容，可采用增大变压器原副边的距离或使用变压器槽式结构的方法。然而这会使得变压器的漏感变大。漏感的增加会产生电压尖峰使得开关管的应力增大，同时漏感的能量会造成较大的功率损耗，影响电源的效率。为了在不降低系统性能的情况下，使用更小寄生电容，更大漏感的变压器，可以利用LLC谐振变换器。在这种隔离拓扑中，当变压器的漏感较大，谐振电容可以对其进行补偿。

TI最新发布的UCC25800-Q1开环LLC变压器驱动控制芯片集成了半桥功率电路、控制电路、保护电路以简化隔离电源的设计。上文所叙述的LLC谐振变换器相对其他隔离电源方案的优点可以通过该控制器来实现，可以最大程度的减小由高速开关器件所产生的EMI噪声。并且由于LLC拓扑本身所独有的软开关特性，也会使得整个变换器的噪声减小、效率提高。

1 UCC25800-Q1简要介绍

      UCC25800-Q1是一款开环LLC驱动器，内部整合了半桥功率电路（含MOS驱动），控制电路，保护电路等。除了上文所述对变压器漏感进行补偿及变压器原副边传导噪声减小之外，这款控制芯片中的软起动功能也显著减小了变换器开机时的冲击电流。除此之外，UCC25800-Q1的特点如下：

    UCC25800-Q1的引脚功能及简要介绍如下：

引脚

引脚功能

备注

SYNC

外部同步时钟信号输入

当使用这一引脚进行同步时，控制器内部半桥逆变MOS的驱动信号在SYNC引脚电压的上升沿产生，所以开关频率为同步信号频率的一半。当不使用该功能时，该引脚可以对地接任意电阻或直接开路均可。

控制器关断引脚（低电平时关断）及故障代码输出引脚

可通过该引脚查看变换器的故障信息。

VREG

参考电压输出引脚（5V）

该引脚输出端与GND之间去耦电容布局布线应使得整个回路尽可能的短。

OC/DT

该引脚用来配置变换器中半桥电路的最大死区时间和过流保护阈值

配置方法见下文。

VCC

变换器和控制芯片的供电引脚。

该引脚与GND之间的滤波电容的布局布线应使得回路尽可能短，以提高效率、减小EMI噪声。

SW

半桥电路的输出引脚

GND

变换器和控制器的GND引脚

RT

变换器开关频率配置引脚

变换器开关频率的具体配置方法见下文。

2 基于UCC25800-Q1的典型设计参考

       在这一部分中，为了方便进行具体的讲解，本节以基于UCC25800-Q1的一款隔离电源设计为例，对芯片外围元器件参数和系统参数选取进行详细说明。本电源设计的参数指标如下：

        电路副边使用的是倍压整流方式，这种整流方式常见于高电压低电流的应用场景中。整个电路的拓扑如图2所示，其中Lm是变压器的励磁电感，Lr为变压器的等效漏感，利用倍压整流的电容对漏感进行谐振。半桥电路的输出电压幅值为0.5*VIN，经过倍压后电压幅值翻倍。当考虑整流二极管的导通压降（VF）之后，整个变换器的直流增益可以用以下公式来计算：

图2 LLC谐振变换器

2.1频率的设置（SYNC引脚和RT引脚）

      跟据LLC谐振变换器的直流增益特性可以将其分为三个工作区域，如图3所示。在这张图中，横轴是以谐振频率为基准的开关频率的标幺值，竖轴时电路的电压增益。

图3  LLC的直流特性曲线

     当LLC谐振变换器的开关频率fsw设置在不同数值时，变换器的工作状态也不同（图中的fr为变换器中Cr与Lr串联谐振的谐振频率，frp为Cr与Lr、Lm三者共同串联谐振时的谐振频率）：

      当利用UCC25800-Q1进行变换器的设计时，无论是采用外部同步信号还是RT引脚电阻在芯片内部设置频率，开关频率应设计为谐振频率的90%。

        开关频率的设置有两种情况，有外部同步信号（SYNC引脚）和无外部同步信号两种。

    当无外部同步信号时，变换器的开关频率通过RT引脚的电阻进行设置。开关频率为fsw=RRT*10Hz/Ω。如果该引脚开路或者电阻值超过100kΩ，系统会在默认的1.2MHz下工作。

    当有外部同步信号时，在1.5ms的软启动进程中，外部的同步信号被忽略。当软启动结束之后，如果该满足一定的频率范围（RT管脚电阻所设置频率的2.3倍到2.6倍），变换器则应用该信号进行工作。若同步信号的频率不在范围之内，则使用RT引脚的设置的开关频率来进行工作。

若要制作一固定输出的LLC谐振变换器，可直接通过RT引脚设置一固定开关频率。再针对变压器的漏感值选取相应参数的谐振电容。若想通过SYNC引脚的外部输入方波同步信号进行同步，则外部输入的频率应在RT引脚配置的频率范围。，若在设计、调试的过程中需要进行有效的调频调压，应选用励磁电感与漏感的比值Lp/Ls较小的变压器，使获得相同增益的频率变化范围变窄。

设计示例：

    所设计的隔离电源的开关频率是1MHz，通过RT引脚实现对变换器的频率进行配置。此时则可将SYNC引脚开路。理论上RRT应为100kΩ，实际应用中我们使用97.6kΩ。电路原理图见图5。

2.2 变换器最大死区时间、过流保护点设置（OC/DT引脚）

    变换器最大死区时间设置：

    半桥电路同一桥臂的两开关管之间应设置一死区时间，避免电路直通过流。同时，LLC谐振变换器中开关管的漏源极间的寄生电容在死区时间内被充分放电，实现有效的ZVS，减小损耗和EMI噪声。

    该引脚对最大死区时间进行设置是通过设置该点的电压进行的。通常我们可以选择开关周期的5%~10%作为最大死区时间。

在一定范围内的最大死区时间可以按照如下公式进行配置：

   DTMAX=150ns*V/(VOC/DT-0.9V)                                             (2)

 VOC/DT=150ns*V/DTMAX+0.9V                                               (3)

    公式(3)根据所需死区时间来配置外围电路。

其余情况下对应的引脚电压和最大死区时间如下：

OC/DT引脚电压

最大死区时间