LLC谐振电路主要参数设计.docx

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出滤波电感，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DS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将图1的电路简化为图2所示，并用基波等效分析法得出Vs=(2/h)V£ Xsin(2 nf t).Re=8n2RL/ n 2该电路的输入到输出的电压增益可以表示为M =曰出煤onLLC电路分析vs.FHA (Xs//)+X“ + Xc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 LrC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M = f(KL,KfiQ) =— 卜K-制心"尹图3位为LLC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 下降的区域下面来分析一下，刘于阻抗的表达式Z=IZ IM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*聚示为代絕厲戏尬0曲ttx«±sitnffi 中矗出muu °愉入m恢之比LLC电路分析3图中对应0=60 1"在下面的表达式中• M — IZ I eJ*20/ IZ. I ©J*zin= IZ l/IZ. leJ 化"*岔）in o .n• IZoIeAo=j2nfLB//Rc,—定为感性，所以札大于看也一札 5 v 0时，即M工作在〃容性'区谐振回路阻抗相位4）抽 ＞札＞0,即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 设计中在输出刃率不变的情况下,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 中的负反馈电路转为正反馈。

电正合力忻亦1 :丿时市徘丽请当的KI> wKl=8从图4可以看出KL越小 同样的增益变化频率变化范围越小，Z这样有利于电路的设计，但KL越小,意味着Lm越小，则励磁电 流就会愈大/ 性器件的铜损和铁损将会增加，开关器件的导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已面車迷细讨论图中对应Q二qn二O・Tn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值在实际应用中，可以利用图 5所示的曲线,来选在适当的心和QLLC电路分析值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二12°w输出电压最低V°mm=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 Lr，Cr，变压器的在比n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/V1M当M二1时，n=VdC/2/Vo 5由于Vdc不变「V有三个值可以选 取 Vomin 5 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M =2V /n/Vd =7X54X2/400=1.9 max oma deM i =2V i *n/Vd =2X27X2/400=0.95 min omin de根据图5，MpK和Q的关系曲线，选择Q 二 0.45 ( Mmin=0.95)K =5 f =130kH「zKL=Lm/L , Q=2 n f. Lf/Re,rLLC谐振电路设计• R =(8n7TT2)V /Ie o oV j =27V , I =4.44A 时omjn 5 omax• Re m - (8x72/3.142)X27/4.44=242m —— /• L 尸 QmaxRemin/dTTfr )=0.45X242/(2X3.14x130x103)= 133X10 6• L = K,L= 133X106x5 = 667X10 6m L r• C=l/( 2rrfQ R i ) = l/ ( 2X3.14x130x103X242 )r r max emin=5.1X109当 Vomax=54V , lomjZQA 时，• Remax = ( 8x72/3.142)x54/2.22=968 时,Qmin=2TTf 丄 r/Romx 二 2x314xl30xl03xl33XKr6/968 =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=71.5xl03fmaxLLC=Kf f =1 ・05x130x103= 136.5x10s谐振电路设计zKf图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 3.7• Re=(8nW)Vo/IoVomin=27V，Lmax=4・44A 时LLC谐振电路设计计算最大增益和最小增益Mmax=2Vomax*n/Vdc=3.7X54X2/400=l max omax dcMmin=2Vomin*n/Vdc=3.7X27X2/400=0.5min omin dc根据图 5 , MpK 和 Q 的关系曲线，选择 Qmin=0-1125( Mmax = l )Qmax = 0・45 (Mmin = 0.5)K =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Q0.1125• 0=0.45 *_ J一 I°.l 10Kj |■XU7 总结要理解增益表达式中K L , K#[]Q与M之间的关系，利用Kf关 系图和M Q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"。