AN2644 datasheet(2/64 Pages) STMICROELECTRONICS

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AN2644

2/64

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Classification of resonant converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

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

Operation at resonance (f = fR1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

Remarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

2.3.2

Operation above resonance (f > fR1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

CCMA operation at heavy load. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25

Remarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

DCMA at medium load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .28

Remarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

DCMAB at light load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29

Remarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

2.3.3

Operation below resonance (fR2 < f < fR1, R>Rcrit) . . . . . . . . . . . . . . . . 30

DCMAB at medium-light load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30

DCMB at heavy load. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30

Remarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

2.3.4

Capacitive-mode operation below resonance (fR2 < f < fR1, R<Rcrit) . . . 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

Operation above resonance (f > fR1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

2.8.2

Operation below resonance (fR2 < f < fR1, R>Rcrit) . . . . . . . . . . . . . . . . 44

2.8.3

Operation at resonance (f = fR1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

Appendix A

Power MOSFET driving energy in ZVS operation . . . . . . . . . . . . . . 48

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