虽然谐振LLC转换器具有若干期望的特征,例如高效率、低EMI和高功率密度,但是谐振转换器的设计是一项复杂的任务,并且与PWM转换器相比需要更多的优化工作。本文旨在简化这项任务,并使其更容易优化设计谐振腔。本文档概述了LLC转换器的操作和设计指南。最后,给出了一个全面的设计实例,包括原理图、材料清单、实验结果和波形。
图2.1显示了带有全桥整流器的全桥LLC转换器。在简单的讨论中,开关桥产生方波来激励LLC谐振腔,LLC谐振腔将输出谐振正弦电流,该谐振正弦电流由变压器和整流器电路缩放和整流,输出电容器对整流的ac电流进行滤波并输出DC电压。
转换器增益=开关桥增益*谐振腔增益*变压器匝数比(Ns/Np)
其中对于全桥,开关桥增益为1,对于半桥,开关桥增益为0.5。
谐振腔增益可以通过分析图2.2所示的等效谐振电路来导出,谐振腔增益是其传递函数的大小,如等式1所示。
其中
对于不同的品质因数Q值和m的任何单个值,可以将谐振腔增益K与归一化开关频率作图,如图2.3所示。m值的选择将在本文档的后面部分中讨论,但是m=6被用作示例。
从图2.3中可以看出,低Q曲线属于较轻负荷运行,而高Q曲线代表较重负荷。还可以看出,所有Q曲线(负载条件)在谐振频率点(在Fx=1或fs=fr处)交叉,并且具有单位增益。图2.3显示,所有增益曲线都有峰值,这些峰值定义了谐振回路的电感阻抗和电容阻抗之间的边界,因此我们可以将电感和电容操作区域定义为图中的阴影,定义这两个区域的目的是因为希望在整个输入电压和负载电流范围内保持电感操作,并且永远不会落入电容区域操作。这种要求是由于零电压开关(ZVS)仅在电感区域中实现,此外电容操作意味着电流领先于电压,因此在MOSFET关断之前,MOSFET中的电流将反向,然后在MOSFET关断之后,反向电流将在MOSFET的体二极管中流动,一旦桥中的另一个MOSFET导通,这将导致体二极管硬换向,这又将导致反向恢复损耗和噪声,并可能导致高电流尖峰和器件故障。可以防止电容操作,并且将在本文档的后面部分中讨论。
注:以上资料转自Infineon官网