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分步解析,半桥 LLC 谐振转换器的设计要点

2023-6-12 14:04| 发布者: 闪电| 查看: 19| 评论: 0

摘要: 在众多谐振转换器中,LLC 谐振转换器有着高功率密度应用中最常用的拓扑结构。之前我们介绍过采用 NCP4390 的半桥 LLC 谐振转换器的设计注意事项,其中包括有关 LLC 谐振转换器工作原理的说明、变压器和谐振网络的设 ...
在众多谐振转换器中,LLC 谐振转换器有着高功率密度应用中最常用的拓扑结构。之前我们介绍过采用 NCP4390 的半桥 LLC 谐振转换器的设计注意事项,其中包括有关 LLC 谐振转换器工作原理的说明、变压器和谐振网络的设计,以及元件的选择。今天我们将介绍设计程序的前9个步骤并配有设计示例来加以说明,帮助您完成 LLC 谐振转换器的设计。




设计程序

本文介绍了使用图 12 中的电路图作为参考的设计程序,其中谐振电感是用漏感实现的。设计规格如下所示:

  • 标称输入电压:396 VDC(PFC 级输出)

  • 输出:24 V/12 A (288 W)

  • 保持时间的要求:20 ms

  • PFC 输出的直流链路电容:330 μF

[步骤-1] 定义系统规格

作为第一步,请定义以下规格信息。

估计效率 (Eff):估算功率转换效率,以计算给定最大输出功率下的最大输入功率。根据估计效率,最大输入功率为:





设计示例

假设效率为 96%,

图片



[步骤−2] 确定谐振网络的电压增益范围

一旦确定了 LLC 谐振转换器的最小和最大输入电压,我们就可以确定 LLC 转换器的最小增益和最大增益。


标称输入电压需要最小增益。为了最大程度减小开关频率变化,通常是让 LLC 谐振转换器在谐振频率附近工作。谐振频率下的电压增益为:



我们可以用一个较小的 m值来获得更高的峰值增益;然而,如果 m值太小,就会导致变压器耦合不佳和效率降低。通常是将 m 值太小设置在 3~7 左右。



设计示例

图片图片


图片图片



[步骤−3] 确定变压器匝数比 (n=Np/Ns)

利用步骤−2 中获得的最小增益 (Mmin),我们可以计算变压器匝数比如下:



设计示例

由于 SR 用于输出整流器,对于具有低 RDS.ON 的 SR MOSFET,VF假设为 0V。由此,可以得到变压器匝数比为

图片

[步骤−4] 计算等效负载电阻

利用从公式 (16) 获得的变压器匝数比,我们可以计算等效负载电阻。

图片(公式17)


图片

[步骤−5] 设计谐振网络

在步骤−2 中选择 m 值后,从图 10 中的峰值增益曲线中读取适当的 Q 值,以获得所需的最大增益。由于峰值增益曲线是使用基波近似生成的,因此谐振下的实际增益要比使用基波近似的预测值高约 10~15%。


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