AN2644 Datasheet, PDF (2/64 Pages) STMicroelectronics – An introduction to LLC resonant

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AN2644
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Classification of resonant converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
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The LLC resonant half-bridge converter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.1 General overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.2 The switching mechanism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.3 Fundamental operating modes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.3.1
2.3.2
2.3.3
2.3.4
Operation at resonance (f = f_R1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Remarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23
Operation above resonance (f > f_R1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
CCMA operation at heavy load. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25
Remarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26
DCMA at medium load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .28
Remarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .28
DCMAB at light load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29
Remarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29
Operation below resonance (f_R2 < f < f_R1, R>R_crit) . . . . . . . . . . . . . . . . 30
DCMAB at medium-light load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30
DCMB at heavy load. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30
Remarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33
Capacitive-mode operation below resonance (f_R2 < f < f_R1, R<R_crit) . . . 34
Remarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .36
2.4 No-load operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.5 Overload and short circuit operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.6 Converter's startup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.7 Analysis of power losses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.8 Small-signal behavior . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
2.8.1
2.8.2
2.8.3
Operation above resonance (f > f_R1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
Operation below resonance (f_R2 < f < f_R1, R>R_crit) . . . . . . . . . . . . . . . . 44
Operation at resonance (f = f_R1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3
Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
4
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
Appendix A Power MOSFET driving energy in ZVS operation . . . . . . . . . . . . . . 48
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