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          LLC諧振回路電流 (tank current) 分析與測(cè)量之二

          作者: 時(shí)間:2014-02-17 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          書接上回

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/258415.htm

          3測(cè)量方法

          要求電流波形時(shí),可使用三種方法來(lái)測(cè)量電流。

          (CT)

          直接通過電流探針來(lái)測(cè)量

          第一種方法是,其與諧振回路中的其它組件串聯(lián)。這種電阻必須擁有高分辨率和良好的溫度性能。正常情況下,諧振回路通過一個(gè)端子連接接地,這樣可以減少測(cè)量的共模噪聲。另外,它還是一種測(cè)量的簡(jiǎn)單方法。但是,它會(huì)增加功耗,特別是在強(qiáng)電流條件下。另一方面,它改變了諧振參數(shù),并使其偏離初始設(shè)計(jì)。同時(shí),由于要求高性能,因此它的成本價(jià)格也很高。

          圖4等效模型

          第二種方法是(CT),其一次側(cè)與諧振回路串聯(lián)。相比功率電阻(第一種方法),這種方法的電阻較低,并且其功耗也低于功率電阻方法。另外,相比諧振回路的Lr和Lm,CT的磁電感小到可以忽略不計(jì)。但是,由于許多寄生參數(shù)原因,CT并非是一種最佳解決方案。圖4顯示了CT的等效模型。由于二次漏電感遠(yuǎn)大于一次漏電感,因此漏電感設(shè)置在二次側(cè)。

          圖4中:Cps為一次線圈和二次線圈之間的寄生電容。

          Cp為一次側(cè)的寄生電容。

          Cs為二次側(cè)的寄生電容。

          Lm為CT的磁電感。

          R為采樣電阻。

          當(dāng)使用硬開關(guān)開啟或者關(guān)閉MOSFET時(shí),電路狀態(tài)立刻劇烈變化。這時(shí),產(chǎn)生大量的開關(guān)噪聲。這種噪聲通過Cps耦合到CT的二次側(cè)。另外,噪聲還流經(jīng)Cp和Cs.Lm和Lleak也受到影響。如果使用通用電壓探針來(lái)測(cè)量R的電壓,則通常會(huì)出現(xiàn)一個(gè)高電壓峰值;但是,如果使用差分電壓探針,則Cps耦合的共模噪聲被消除,并且僅剩下差模噪聲。電壓峰值得到了有效降低。然而,差模電壓探針測(cè)量的波形仍非真正的電流波形。

          第三種方法是直接使用電流探針測(cè)量諧振回路電流。正常情況下,電流探針擁有較高的帶寬,足以進(jìn)行電源系統(tǒng)檢測(cè)。例如,Tektronix設(shè)計(jì)的TCP202便是一種DC耦合電流探針,其擁有高達(dá)50MHz的DC帶寬。諧振回路電流頻率為100kHz.電流探針具有較高的性能,可以顯示近似真實(shí)的電流波形。只需要一條短線,把它與回路中的其它組件串聯(lián)在一起,這樣便組成了一個(gè)最低成本的電流波形觀察方法。但是,電流探針測(cè)量的電流信號(hào)不能用于其它目的,例如:回路控制、保護(hù)電路等。

          UCC25600 300W EVM演示了前面的分析。圖5中,使用不同方法對(duì)諧振回路電流進(jìn)行測(cè)量。CH2和CH3均由CT測(cè)量,差別是,差分電壓探針用于對(duì)CH2中CT輸出端的電壓信號(hào)進(jìn)行采樣,而共模電壓探針則用于對(duì)CH3中CT輸出端的電壓信號(hào)進(jìn)行采樣。CH4通過電流探針直接測(cè)量。圖5(b)和5(c)中,單獨(dú)測(cè)量CH2和CH3,但在圖5(d)中,同時(shí)對(duì)它們進(jìn)行測(cè)量。在圖5(a)中,相比CH4,可在CH3中看到大電流脈沖,其為嚴(yán)重噪聲。在圖5(b)和圖5(c)中,相比CH3,CH2的電流脈沖得到極大降低,因?yàn)橄斯材T肼暎坏?,差模噪聲仍然存在,因此CH2的電流脈沖大于CH4.在圖5(d)中,CH2和CH3同時(shí)被測(cè)量,因?yàn)樵趦?nèi)部示波器,所有示波器探針接地均連接。CH3的共模噪聲會(huì)影響CH2.圖5(d)中CH2和CH3的波形相同,其表明在圖5(b)和圖5(c)中,CH3和CH2的共模噪聲結(jié)果相同。



          圖5使用不同方法對(duì)諧振回路電流進(jìn)行測(cè)量

          根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,前述分析得到了證實(shí)。在低電流條件下使用功率電阻方法,而采樣電流信號(hào)可用于實(shí)現(xiàn)其它功能。在高電流條件下使用CT,采樣電流信號(hào)可用于實(shí)現(xiàn)其它功能。如果給CT添加補(bǔ)償和濾波器,則效果更好。在所有情況下都可以使用電流探針,但其采樣電流信號(hào)不可以用于其它功能。

          請(qǐng)注意:推薦使用小范圍電流探針來(lái)測(cè)量低電流。同樣,推薦使用大范圍電流探針來(lái)測(cè)量高電流。

          4實(shí)驗(yàn)

          為了驗(yàn)證第2小節(jié)的分析結(jié)果,我們使用TI的諧振半橋轉(zhuǎn)換器300W評(píng)估模件來(lái)獲得7組數(shù)據(jù)。所有參數(shù)均經(jīng)過設(shè)計(jì)和優(yōu)化,Lr = 55 ?H、Lm = 280 ?H、Cr = 24 nF、Cs1 = 340 pF,并且必須測(cè)量出Vin, VCr和ILr.

          圖6顯示了諧振回路電流、DS電壓和VCr(ZVS期間波形),其中,CH2為諧振回路電流波形。在圖6(a)中,CH1為DS電壓波形。在圖6(b)中,CH1為Cr波形的電壓。通過電流探針測(cè)量諧振回路電流,并使用差分電壓探針來(lái)測(cè)量DS電壓和Cr電壓。

          表1列出了所有數(shù)據(jù):ILr1為ZVS之初ILr的值,ILr2為ZVS結(jié)束時(shí)ILr的值,而ΔIcal則為通過方程式13到方程20計(jì)算的結(jié)果。由于這些方程式都太復(fù)雜,因此我們使用Mathcad來(lái)簡(jiǎn)化計(jì)算。對(duì)比ΔI和ΔIcal我們可以知道,ΔIcal接近于ΔI,這表明第2小節(jié)中參考文獻(xiàn)「3」的分析是正確和合理的。ΔIcal和ΔI的差值由寄生參數(shù)和測(cè)量誤差所造成。



          圖6諧振回路電流、DS電壓及ZVS期間VCr波形


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