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LLC 谐振半桥得主电路设计指导
近年来,LLC 谐振半桥由于本钱低、效率高而且构造简洁,获得了电源工程师得广泛认可,从而快速在中低功率〔100W-2023W〕范围内得到了广泛应用。
关于 LLC 谐振半桥得理论分析,各类论文已经介绍得比较具体,因此在这里不再赘述,仅仅把主电路参数得设计过程,以及设计中用到得主要公式分列如下。
一、所需得初始设计条件
LLC 变换器仅适用于输入电压波动范围比较窄得高压直流输入场合,因此前级一般有PFC 级,且LLC 电路不适合用于需要长保持时间得场合。设计时,所需得初始限定条件主要就是:
1、 输入额定直流电压V
in?e
、最低工作直流电压V
in?m in
、最高直流输入电压V ;
in?max
2、 额定输出电压V
o
、额定输出电流 I ;
o
3、 预期得谐振频率 f ;
r
4、 输出线路压降〔含二极管压降、PCB 走线以及电缆压降〕V ;
d
5、 K 值〔K 值得大小将影响到工作频率范围,并对效率略有影响。一般取4-7 之间〕;
6、 变压器磁芯截面积 A
e
与工作磁感应强度 B
m ax
,变压器原边匝数 N
,副边匝数 N ;
P S
二、设计计算过程
1、 计算变比
一般来说,为了使电源到达比较高得变换效率,我们会把满载工作点设置在谐振频率位置,或略有稍微调整。依据LLC 变换器得原理,在谐振频率处,电源得传输比=1。
因此,V
NS ? V ? V
,据此计算出n ? P ? in?e
N Vin?e N o d P
N V
N V ? V
S o d
2、 计算额定负载电阻R ,以及折射到原边得负载电阻R
p
VR ? o , R
V
? 8n2 R
I p ? 2
o
3、 计算最高输入电压Gm ax 与最低输入电压时得增益G min
Gmin ? 2n(Vo ? Vd ) / Vin?max , Gmax ? 2n(Vo ? Vd ) / Vin?min
4、 计算临界Q 值,一般在计算值得根底上取 0、90~0、95 倍得裕量,以保证不进入ZCS 区。
0.9 ~ 0.95
0.9 ~ 0.95
KG
max
(K ?
G
2
G 2 ? 1
max
max
)
5、 计算最低工作频率与最高工作频率,分别对应低压输入与高压输入
f ? fr , f ? fr
min
〔1? K〔1? 1 〕〕
G 2
max
max
〔1? K〔1?
1 〕〕
G
min
6、 计算谐振电感感量Lr,以及谐振电容Cr,与主变压器原边感量Lm
?QR
?
L p
r 2? f
r
, L ? KL ,C
m r r
? 1
2? f QR
r p
。计算时需要留意,谐振电容Cr 得容量就是一个标
准序列,一般有:8、2nF、12nF、15nF、22nF、33nF、39nF、47nF,而 Lr、Lm 就是可定制得。因此我们一般会通过微调谐振频率与 K 值,得到一个精准得 Cr,以避开非标准序列得 Cr 带来得不必要得麻烦。
7、 计算谐振电感得电流峰值Im
VI ? in?e
V
m 4 f〔L ? L 〕
r m r
8、 计算额定输入电压、满载输出条件下得原边绕组电流有效值,与原边绕组电流峰值,以及每个开关管得电流有效值
I ?
rms
, I ? 2I
V ?
V ? V
o
8nR
d
2n4 R2
L2 f 2
m r
? 8? 2
rms
, I
mos
? I
2rms
2
9、 计算副边每个绕组得电流有效值,
?
I
s? pk
? I , I
2 o
s?rms
? 0.5I
s? pk
10、 计算副边整流管得应力平台电压,与二极管电流平均值
V
d ?额定
? 2V
o
, I
d ?额定
? 0.5I
o
11、 计算谐振电容电压有效值、电流有效值
最高输入电压,满载条件下,谐振电容电压有效值为:
2I
2I
V ? in?max ?
rms , 电流有效值I ? I
cr-rms
2 2? f C
r r
cr-rms
rms
12、 计算输出滤波电容上得纹波电流有效值
I ? I
co-rms o
? 0.482? I
?
? 2 ?1
8
13、 一般取实际匝比略大于计算值,使半载以上工作在ffr。可以取实际匝比为:
n ? n / 0.96
实际
14、 计算原边匝数最小值,从而选定副边匝数。一般需要微调 Np 得值,以便使 Ns 接近整数, 使得原副边匝比最接近理论计算值。
n〔V ? V 〕
N ? o d , N
p 2 f A B S
? N / n
p 实际
r e max
三、设计留意事项
1、 关于 K 值得选择
K 值,即变压器励磁电感Lm
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