LLC谐振半桥的主电路设计指导.doc

LLC谐振半桥的主电路设计指导LLC谐振半桥的主电路设计指导LLC谐振半桥的主电路设计指导LLC谐振半桥的主电路设计指导近年来，LLC谐振半桥因为成本低、效率高而且结构简单，获得了电源工程师的广泛认可，从而迅速在中低功率(100W—2000W）范围内得到了广泛应用。关于LLC谐振半桥的理论分析,各类论文已经介绍的比较详细，因此在这里不再赘述，仅仅把主电路参数的设计过程，以及设计中用到的主要公式分列如下.所需的初始设计条件LLC变换器仅适用于输入电压波动范围比较窄的高压直流输入场合，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的场合.设计时,所需的初始限定条件主要是：输入额定直流电压、最低工作直流电压、最高直流输入电压；额定输出电压、额定输出电流；预期的谐振频率；输出线路压降(含二极管压降、PCB走线以及电缆压降）；K值（K值的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）；变压器磁芯截面积与工作磁感应强度,变压器原边匝数，副边匝数；二、设计计算过程计算变比一般来说，为了使电源达到比较高的变换效率，我们会把满载工作点设置在谐振频率位置，或略有轻微调整。根据LLC变换器的原理,在谐振频率处，电源的传输比=1。因此,，据此计算出计算额定负载电阻，以及折射到原边的负载电阻，计算最高输入电压和最低输入电压时的增益,计算临界Q值，一般在计算值的基础上取0.90~0。95倍的裕量，以保证不进入ZCS区.一般取计算最低工作频率和最高工作频率，分别对应低压输入和高压输入，计算谐振电感感量Lr，以及谐振电容Cr,和主变压器原边感量Lm，,。计算时需要注意,谐振电容Cr的容量是一个标准序列，一般有：8.2nF、12nF、15nF、22nF、33nF、39nF、47nF，而Lr、Lm是可定制的。因此我们一般会通过微调谐振频率和K值,得到一个精准的Cr，以避免非标准序列的Cr带来的不必要的麻烦.计算谐振电感的电流峰值Im计算额定输入电压、满载输出条件下的原边绕组电流有效值，和原边绕组电流峰值，以及每个开关管的电流有效值，，计算副边每个绕组的电流有效值，，计算副边整流管的应力平台电压，与二极管电流平均值,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：，电流有效值计算输出滤波电容上的纹波电流有效值一般取实际匝比略大于计算值，使半载以上工作在f〈fr。可以取实际匝比为：计算原边匝数最小值,从而选定副边匝数。一般需要微调Np的值，以便使Ns接近整数，使得原副边匝比最接近理论计算值。，三、设计注意事项关于K值的选择K值，即变压器励磁电感Lm与谐振电感Lr的比值，直接决定了从轻载到满载的频率变化比值,即。K值越大，频率变化范围越大，但是励磁电流峰值将降低，从而减少了满载下励磁电流在开关管上形成的导通损耗。但是,频率变化范围太宽的话，也将导致反馈环稳定性设计难度增大。因此一般来说，取K值在4到7之间,这样的话可以均衡稳定性与效率。也有人介绍取K值在2。5~8之间,但是K值大于7以后,实际上对满载效率的影响已经微乎其微了，因此建议K值不大于7，以便降低调试工作量。关于磁集成LLC变压器和谐振电感可以采用磁集成的方式来降低成本，并减小体积。但是，磁集成方式下，变压器的温升一般明显升高，测试的时候需要注意检验是否满足温度降额。另外,磁集成方式下，根据经验，当变压器距离金属机箱壁太近的话（小于5mm）,将会在机箱壁上形成明显的涡流，导致额外的发热，铁或钢质机箱尤为明显.根据经验，曾经在400W电源上测到过损耗增大5W.分立的主变和谐振电感则无该现象。关于Bmax值的取值范围一般来说,对于自然冷，取Bmax小一些，建议不超过0.22。而对于风冷电源,由于磁芯散热条件得到改善,可以取Bmax略大一些，建议不超过0。28。关于成本分析与拓扑选型在大约100W以下的范围内，由于反激变换器的成本更低，因此一般不考虑采用LLC变换器。在大约100W-500W的范围内，各种变换器的相对成本依次是:反激变换器<LLC变换器〈单管整机RCD〈而双管正激,一般建议用LLC.在500W-1500W范围内,属于LLC、双管正激、半桥、全桥、移相全桥的重叠范围，LLC和移相全桥具有最高的效率，两者都是可选的.但是由于移相全桥的输出纹波电流比较小，因此在低压大电流场合可能更合适一些。且移相全桥属于定频控制，环路稳定性的调试难度较低。而LLC在这种场合下由于输出纹波固定等于总输出电流的48％，输出电容选型会难度大一些。对于更大的功率，一般可以考虑采用移相全桥或三电平等其他拓扑，在此不作赘述。附录一、计算案例:AS0600—12产品1、技术要求输入电压：330V—420Vdc,额定值390Vdc输出电压：12Vdc线路压降：0。3V线路压