在便攜式產品的各種DC/DCzhuanhuanqizhong，xiaolvyizhujianchengweiyouguanyanchangdianchishoumingderemenhuati。zaishengyazhuanhuanqihuobujinzhuanhuanqizhong
，zhuyaodekaiguansunhaoshizaigonglvkaiguanguanduanshichanshengde，yinweicishirengchuyuzuidadedianyadianliuzhuanhuantiaojian。zaifeilianxuxingdianliumoshi（DCM）中(zhong)，升(sheng)壓(ya)轉(zhuan)換(huan)器(qi)的(de)主(zhu)要(yao)功(gong)率(lv)器(qi)件(jian)通(tong)過(guo)從(cong)零(ling)電(dian)流(liu)開(kai)始(shi)的(de)一(yi)個(ge)軟(ruan)啟(qi)動(dong)電(dian)流(liu)來(lai)導(dao)通(tong)。由(you)於(yu)功(gong)率(lv)器(qi)件(jian)在(zai)高(gao)電(dian)壓(ya)零(ling)電(dian)流(liu)時(shi)導(dao)通(tong)，所(suo)以(yi)它(ta)的(de)開(kai)關(guan)損(sun)耗(hao)非(fei)常(chang)小(xiao)，可(ke)以(yi)忽(hu)略(lve)不(bu)計(ji)。鑒(jian)於(yu)電(dian)感(gan)電(dian)流(liu)的(de)正(zheng)斜(xie)率(lv)，其(qi)流(liu)入(ru)功(gong)率(lv)器(qi)件(jian)的(de)電(dian)流(liu)在(zai)器(qi)件(jian)關(guan)斷(duan)時(shi)達(da)到(dao)最(zui)大(da)。因(yin)此(ci)，在(zai)DCM中，關斷損耗比導通損耗大。不過
，導通損耗是在連續電流模式（CCM）下產生的，但其關斷損耗仍然大於導通開關損耗。本文所介紹的LC諧振電路，可降低或消除關斷開關損耗。

諧振電路的詳細描述

在升壓、降壓或升/降壓轉換器中，LC諧振網絡可按圖1所示實現。

(a)帶有無損耗LC網絡的升壓轉換器

(b)帶有無損耗LC網絡的降壓轉換器

(c)帶有LC網絡的升/降壓轉換器
圖1：帶有無損耗LC網絡的不同應用

圖1顯示了無損耗LC諧振網絡的不同應用實例。本文中，如圖2所示，LC諧振網絡被用於升壓轉換器。為簡化模式分析，假設功率器件和所有無源元件都是理想的。圖3顯示了帶有LC諧振網絡的升壓轉換器在各個時段的工作模式。本文提出的具有附加諧振網絡的升壓轉換器，它的工作可分為三種模式。首先，主開關Q是關斷的。電感電流iL（t）具有負斜率
，通過電感L和輸出二極管Do流向負載，如圖3（a）所示。電壓VCr由一個正電平充電，並具有和輸出電壓Vo 相同的幅值，見圖3（a）。

圖2：帶有LC諧振電路的升壓轉換器

圖3：升壓轉換器中LC諧振電路的工作原理

模式1（t1≤t < t2）：在t = t1時，Q導通。電感Lr和電容Cr啟動諧振，諧振頻率及其周期Tr可計算如下：
（1）
（2）
 
由於諧振阻抗Zr=√（Cr/Lr），故諧振峰值電流Irpk為：
（3）

模式2（t2≤t < t3）：一旦Q導通，諧振電流就迭加到MOSFET的漏極電流上。在非連續電流模式（DCM）中
，漏極電流從零開始。由於Lr和Cr產生的諧振，使得Cr 的電壓極性改變。如果電壓VCr 變得比DC輸入電壓更高，則D1導通。因此，在Q導通時（如圖3（c）和圖4所示）

，通過輸入電壓，VCr 被很好地箝位。在諧振周期Tr 之後，電感電流具有正斜率，並與圖3（e）所示的典型升壓轉換器的波形相同。電感電流峰值可計算如下：
（4）
這裏
，Iin是輸入平均電流，Ts是開關周期，D是占空比，定義為D  （t3 - t1）/ Ts。若Q關斷，這種模式即結束。

模式3（t3 ≤t < t4）：如圖3所示，當Q關斷時
，電感電流直接從MOSFET轉到Cr。負載電流由輸出濾波器提供，輸入電壓源沒有電流流出。因此，利用一個恒定諧振電流，Cr電壓從-Vin變為+Vo，如圖4所示。在這種條件下
，MOSFET漏源電壓Vds具有一個斜率，因為它通過諧振電流Ipk從-Vin充電到+Vo。周期Td = t4 - t3之間的時間，可由下式求得：
（5）
 
故此，MOSFET漏極電壓正慢慢增加，同時其電流立即從MOSFET轉向到電容Cr，從而有效地降低關斷損耗。如圖3（h）所示，若電容電壓VCr超過輸出電壓幅值，那麼D2會變為正向偏置，Cr經由D2-Lr-Do和輸出電路相連接。這樣一來，當Q關斷時，如圖4所示，通過輸出電壓Vo
，Vcr得到很好的箝位。

圖4：LC諧振升壓轉換器的工作模式和主要波形

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實驗結果

圖5是用具有1.6MHz開關頻率的FAN5331實現的LC諧振升壓轉換器。如圖所示
，LC諧振相關值有Cr = 53pF、Lr = 4.5mH、L = 10mH。因此，由式（1）可求得諧振周期為Tr=48.5ns。典型的輸入電壓為5.0V

，輸出電壓設置為15.0V，負載電流為50mA。由開關頻率可求得開關周期Ts = 0.625ms，輸入輸出轉換占空比D = 0.67
、Ton = 420ns及Toff = 205ns。

圖5：FAN5331實現的LC諧振升壓轉換器

由式（3）可知，諧振電流峰值Irpk=51.4mA，但實驗結果卻為40mA。當Vo=Vin=5.0V、Po=750mW時，平均輸入電流Iin為176mA、Pin=880mW。故由式（4）可算出峰值電感電流Ipk=280mA。

圖6顯示了帶有和沒有諧振LC網絡的傳統升壓轉換器的比較結果。如前關於工作模式中所闡述的

，當Q導通時，諧振周期開 始。圖7顯示了Q導通或關斷時的SOA安全工作區域曲線。正如預料，當Q關斷時，傳統升壓轉換器的漏極橫截麵上的電流電壓要高得多。漏極橫截麵上電壓電流的詳細波形如圖8所示。實驗結果顯示，利用無損LC諧振網絡
，開關損耗得以有效降低。

圖6：帶有和沒有諧振LC網絡的傳統升壓轉換器的比較結果

圖7：Q導通或關斷時的SOA安全工作區域曲線

圖8：漏極橫截麵上電壓電流的詳細波形

諧振網絡中諧振電感電流的實驗結果如圖9所示。諧振周期Tr 測量值大約為50ns
，與Cr=53pF、Lr=4.5mH時根據式（1）計算的結果一致。

圖9：諧振網絡中諧振電感電流的實驗結果

圖10顯示了無損耗諧振LC網絡的SOA曲線。比較圖7和圖10可看出，帶有LC諧振網絡的升壓轉換器的SOA比典型的沒有LC諧振網絡的升壓轉換器更好。圖11比較了帶有和沒有諧振LC電路的傳統升壓轉換器的效率，由圖可見，效率有顯著提高，尤其是當DC輸入電壓較低時。

圖10：無損耗諧振LC網絡的SOA曲線

圖11：帶有和沒有諧振LC電路的傳統升壓轉換器的效率

本文介紹了一種可獲得更高效率的LC諧振升壓轉換器電路，給出了詳細模式分析和設計指引。實驗結果顯示
，這種LC諧振電路工作良好，可用於超便攜式應用以延長電池壽命。