2.可在上、下區域工作的LLC諧振轉換器的設計

2020-12-03 電子產品世界

步驟1. 選擇m 和 fr ，並計算Mfr

　　利用式2，諧振頻率fr 下的諧振增益Mfr 可由下式求得：

　　

　　式3

　　上式中，m 和 fr 都由設計人員選擇。若選擇的m值很小，峰值增益增加，且需要較大的Lr。若m值過小，需要外部電感，因為這時要在集成式變壓器中獲得高值 Lr 實際上是相當困難的。另一方面，如果選擇較大的m值，則峰值增益降低。由於Lr 比 Lp低，使用集成式變壓器十分容易。一般而言，m值在4-7之間是比較合理的。

　　[設計實例]

　　當 m 和 fr 分別設置為 6 和 100 kHz時，求得諧振頻率下的諧振增益為1.09。

　　

　　步驟2. 確定最大增益

　　利用下列公式可求出所需最小和最大增益：

　　

　　式4

　　這裡，Mmin 和 Mmax 分別為最小和最大增益。Vvirtual 是對應於諧振頻率的有效輸入電壓。

　　如前所述，如果諧振電壓下的Vvirtual 被設定為大於最大輸入電壓Vin,max，則工作頻率將總是低於諧振頻率，於是設計出的LLC諧振轉換器就會工作在下諧振工作區域。

　　[設計實例]

　　假定Virtual 設為420 Vdc並考慮到餘裕，Mmin 和 Mmax 可採用式4計算：

　　

　　考慮到因負載瞬態和輸入電壓變化，峰值增益應具有一定餘裕，增加10%的餘裕是比較恰當的，故合理的Mmax 為 1.45。

　　步驟3. 確定集成式變壓器的匝數比

　　利用步驟2中求得的有效輸入電壓Vvirtual 和合理的諧振增益Mfr ，集成式變壓器的匝數比可由下式求得：

　　

　　這裡，Vout 和 VF分別是次級端二極體的額定輸出電壓和正向電壓降。

　　如果需要調節匝數比n，可回到步驟2，增加或減小有效輸入電壓Vvirtual即可。

　　[設計實例]

　　在步驟2中，Vvirtual 已被設為420 Vdc。VF 取1Vdc，集成式變壓器的匝數比算得為：

　　步驟4. 確定諧振網絡

　　利用圖5所示的這種查找表，能夠根據峰值增益和不同的m值找出正確的Q因子。利用m值和前面步驟中獲得的所需最大增益，可在圖5中選出正確的Q因子。一旦確定了正確的Q因子，諧振網絡的參數就可利用下面的公式求出

　　

　　這裡，Cr 和Lr 分別為諧振電容和電感，Lp 為集成式變壓器的初級端電感。Rac 等於，其中考慮到了次級端二極體的正向電壓降。

　　這裡，Cr 和Lr 分別為諧振電容和電感，Lp 為集成式變壓器的初級端電感。Rac 等於，其中考慮到了次級端二極體的正向電壓降。

　　[設計實例]

　　在前面的步驟中，m值選為6，考慮到了餘裕的所需最大增益 Mmax 求得為1.45。通過圖5找出的Mmax對應的正確Q因子為0.35。

　　當諧振頻率為100 kHz時，諧振電容Cr 的值可由下式求出：

　　

　　考慮到出廠電容的標準值，一個22nF的電容就足夠了。Lr 和 Lp 諧振電感的值可由下式求出：

　　

　　後續的設計步驟和更多的技術信息

　　本文簡單介紹了下諧振工作及其LLC諧振參數的設計步驟。不過，尚未提及選擇諧振參數之後的若干設計步驟，比如集成式變壓器的設計，開關的額定電壓和電流、二極體和諧振電容的選擇，以及控制器和反饋電路的設計。

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