LLC谐振电路主要参数设计.docx

1、LLC谐振电路主要参数设计在LED大功率驱动电源中，LLC电路应用最为广泛，因该电路有如下优点：1.具有零电压开关特性，避免了开关损耗，使效率得以提升2.由于没有开关损耗开关频率可以提高，从而可以减小磁性元件的体积，同时也可 以减小滤波电容的容量，与普通半桥相比减少了输岀滤波电感，其谐振电感可以利 用变压器的漏感来承担成本减少了在LED大功率驱动领域，LLC电路在性价比方面来讲是很好的一个拓扑，但对于刚 刚进入该领域的工程师来讲，要掌握其设计方法还是有一定的难度.LLC电路分析LLC电路实际上是工作在零电压开通 状态，从而减小了开关管的开关损耗。要使开关管零电压导通，必须使开关 管在截止期间D

2、S间的寄生电容复位（即电容电压归零）。使开关管DS间电容电压复位，在开关 管截止期间其所在回路要保持有电流 存在，这个电流就要电感器件来保持, 也就是说要让开关管零电压开通的必 要条件是其工作的回路为感性。on煤LLC电路分析式中包含着电路的具体参数.对我们的分析会带来一些困扰.设KlLJL Kf=f/fn Q=2 n 匚皿 fR/2 n LrCr将图1的电路简化为图2所示，并用基波等效分析法得岀Vs=(2/h)V Xsin(2 nf t).Re=8n2RL/ n 2将（1）是可以转换为（2）式的形式，下面可以分别讨论KL Kf.Q对M影响(2)该电路的输入到输岀的电压增益可以表示为图3位为L

3、LC电路的增益曲线，横坐标表示工作频率 的变化，纵坐标表示增义的变化，那么LLC应当工作 在该曲线的感性区域还是容性区域呢？答案是应当工作在容性区，也就是该曲线随频率 増加而下降的区域图中对应0=60 1岂Ifl位負大干哀示iKRtt为性勺相位角。小千零宸示为客性蚩栖位角力*聚示为代絶厲 戏尬0曲ttxsitnffi中矗岀muuo愉入m恢之比LLC电路分析在下面的表达式中M二 IZ。I eJ*20/ IZinl J*zin= IZol/IZinleJ (*zo*zin)IZoleo=j2nfLB/Rc,定为感性，所以札。大于看也。一札50时,即M工作在容性区 谐振回路阻抗 相位4)抽札。0,即

4、阻抗回路工作在感性区,符合该 回路的开关豁件零电压开关条件.当负载加大时,即&变小，Q值增大。从图3还可以看出当Q 值増大时,增益的峰詹减小,那么要达到同样的M值，Kf要减 小。反之，当负载减小时,工作频率增大。在LED电源的设计中，还会遇到另外一种情况，就是在一款 电源的设计中在输出功率不变的情况下,尽量做到比较宽的电 流变化范围。在这种情况下要求Q值和M都在变化。无论哪种 变化,M的值在Q和心一定的情况下都要小于增益的峰值Mp , 不然会逬入容性区域。根据增益的变化范围，电路会限制一个最大和最小的频率范围。 电路进入容性阻抗区会有哪些危害：开关管转为硬开关，增 加损耗；电路中的负反馈电路转

5、为正反馈。LLU电正合力忻从图4可以看出KL越小z同样的增益变化频率变化范围越小,这样有利于电路的设计，但KL越小,意味着Lm越小，则励磁电通损耗也会增加。随着KL制的増大，相同Q值的峰值增益也在迅 速下降，对电路电路容易进入容性区。从图4同样可以看到,同样的KL值，随着Q值的增加，其增益的 峰值迅速减小，电路工作时容易进入容性区。图中对应Q二qn二0.1*n从上面的分析可以看出， KL和Q对增益的贡献互 相有影响，为了更加清 晰的了解它们之间的关 系，我们将峰值增益Mp,KL 和Q之间的关系根据式(2 ) 绘制成曲线如图5所示。可以 利用该图选取适当的心和Q值。LLC电路分析在实际应用中，可

6、以利用图5所示的曲线，来选在适当的心 和Q值。 Q值与负载有关,也与变压器的匝比有关。Q=2nfrL/Re Re=8n2RL/n2在LED电源的设计中，LLC电路的输入电压基本不发生变化。 输出电压变化,说明增益M和Q值都发生了变化；输出电流 变化而电压不变时只有Q值发生了变化；或者两者同时在变 化是增益M和Q值都发生了变化。在设计中怎样选取适当的心九Q和匝比n ,下面举例说明。输入电压为Vdc二400V输出功率P。二120W输出电压最低Vmm=27V (电流4.44A),最高 VOmax = 54V (电流2.22A )工作频率f在70kHz到140kHz之间下面分别求出该谐振电路的Lm r

7、 Lr, Cr,变压器 的在比nLLC谐振电路设计先求出变压器的匝比M=Vo*n/(l/2*Vdc)n 二(Vdc/2/Vo ) M当M二1时，n=VdC/2/Vo ,由于Vdc不变V。有三个 值可以选取,Vomin ,乞详和(Vomin+Vomax)/2首先选择n 二Vdc/2/Vmn二400/2/27二7.4 取n二7计算最大增益和最小增益Mmax=2Voma/n/Vdc=7X54X2/400=1.9Mmin=2Vomin*n/Vdc=2X27X2/400=0.95根据图5 , MpK和Q的关系曲线，选择Q二0.45 ( Mmin=0.95)LLC谐振电路设计Re=(8n7TT2)Vo/I

8、o当Vomjn=27V , Iomax=4.44A时，Remm二(8x72/3.142)X27/4.44=242L尸QmaxRemin/dTTfr )=0.45X242/(2X3.14xl30xl03) = 133X10 6Lm= KLLr= 133X10 6x5 = 667X10 6Cr=l/( 2rrfrQmaxRemin) = l/ ( 2X3.14x130x103X242 )=5.1X109当Vomax=54V , Iomin=2.22A时，Remax = ( 8x72/3.142)x54/2.22=968时，Qmin=2TTf 丄 r/Romx 二 2x314xl30xl03xl33

9、XKr6/968 =0.112由以上计算,绘制出图6 ,根据图6可以计算出工作的 最大频率和最小频率fmin=Kfminfr=0.55xl30xl03=71.5xl03fmax= Kfmaxfr=1.05xl30xl03= 136.5x10sLLC谐振电路设计LLC谐振电路设计以上的计算变压器的匝比用的是输出最低电压，假如我们 用输出最高点压计算变压器的匝比又会出现什么情况呢， 下面就来计算一下。n=Vdc/2/Vomax=400/2/54=3.7 z 取二3.7Re=(8nW)Vo/Io当Vomin=27V , Iomax=4.44A时，LLC谐振电路设计计算最大增益和最小增益Mmax=2V

10、omax*n/Vdc=3.7X54X2/400=lMmin=2Vomin*n/Vdc=3.7X27X2/400=0.5根据图5 , MpK和Q的关系曲线，选择Qmin=0-1125( Mmax = l )Qmax = 045 (Mmin = 0.5)Kl=5根据以上的,其增益与频率的曲线如图7所示。可以看出,工作的最氐频率和最高频率相差3.85倍，假 如我们设计些正品率匸二70kH乙则最高频率是270kHz。 这么宽的工作频率范围给设计工作带来挑战。-同样的平均输出电压位于位于谐振频率点处也会遇到同 样的问题。LLC谐振电路设计图7总结要理解增益表达式中Kl , K#Q与M之间的关系，利用 Kf关系图和MQ的关系图,选取适当的氐和Q。匝比n与fr在最大频率和最小频率之间的相对位置有关，fr 般选在最大频率附近。最大频率和最小频率要包含重载和空载时的工作频率