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LLC諧振電路的參數設計原則

CHANBAEK ? 來源:頭條號艾伊電源 ? 作者:頭條號艾伊電源 ? 2023-03-21 09:38 ? 次閱讀

LLC諧振電路參數選擇是一個折中的過程,需要結合輸入電壓范圍,輸出電壓范圍,負載范圍,效率指標以及器件設計和選型等尋求一個優化的結果,具體的需要通過matchcad計算,saber仿真,并最終結合實驗來調整和優化參數,滿足規格書的各項指標。

LLC諧振電路需要確定三個主電路參數,分別是諧振電感Lr,諧振電容Cr和勵磁電感Lm。三個參數相互關聯,更改任何一個參數,都會涉及到整個電路工作狀態的改變,因此需要納入統一的范疇來考慮。

因此必須結合LLC諧振電路的特性,考慮LLC諧振參數設計必須遵循的一些原則,從眾多的參數中初步篩選一些較合理的參數。

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圖8 LLC諧振拓撲電壓增益曲線圖

① 考慮效率指標的要求,為了54V輸出時達到最高效率,根據LLC諧振電路特性,當工作頻率等于諧振頻率時,MOSFET關斷電流為零,DC/DC開關管損耗最低,當工作頻率低于諧振頻率時,輸出二極管可以實現零電流關斷,消除了二極管的反向恢復所帶來的損耗和EMC問題,因此在54V輸出的情況下,當開關頻率略低于諧振頻率并盡可能接近諧振頻率時,可以獲得最大效率。

② Q值的選取,負載特性參數Q值將影響很多因素,從上圖可以看出,在匝比已經確定的情況下,為了滿足最大輸出58V的要求,Q值要求小于1,并且越小越好。但在低壓輸出的情況下(即工作頻率高于諧振頻率的2區),較小的Q值將導致電壓增益曲線很平緩,為了達到低電壓輸出要求,要么要求控制電路需要非常寬廣的工作頻率范圍,要么要求控制電路很早進入調寬狀態,前者顯然很難實現,后者則對環路不利。因此Q值的選取應該在0.5~1之間,具體的需要結合其他因素權衡考慮。

③ MOSFET關斷電流的大小,MOSFET的關斷電流越小,其開關損耗也就越小,但過小的關斷電流可能導致諧振電感和勵磁電感儲能不足,從而在下半個周期開始時喪失ZVS的條件,因此滿載時MOSFET關斷電流的大小應該有個合適的范圍,大致以峰值電流的1/5~1/3為宜。

④ Lm/Lr的范圍,勵磁電感和諧振電感的比率其實也直接決定上圖所示的電壓增益,這個比率越低,1區的電壓增益越高,對輸出電壓調節和環路的單調性越有利,但這個比率越低也意味著MOSFET關斷電流也就越大,因此同樣需要一個合理的范圍,以1/5~1/3為宜。

⑤ 諧振電容Cr的選取,由于MOSFET結電容等寄生參數的存在,諧振電容Cr的選取必須盡可能減小這些寄生參數對諧振網絡的影響,一般Cr的值應該大于MOSFET結電容(與能量相關的等效輸出結電容)的10倍以上,在全橋電路中,應該大于兩個MOSFET結電容之和的十倍。

⑥ 在特定的輸出電壓下,為了保持環路的單調性,要求在特定的增益曲線上輸出該電壓時的工作頻率應該與最高點的轉折頻率保持一定的裕量,以滿足調頻控制時頻率的變化不會跨過轉折頻率,從而避免環路呈現不單調性(即一個輸出電壓對應兩個可能的開關頻率),一般來說根據實驗觀察,該裕量應該保持在20kHz以上或能夠保持環路絕對單調。

低壓大電流輸出是非常惡劣的情況,由于開關頻率接近諧振頻率的2倍頻,MOSFET關斷電流很大,且開關頻率較高,MOSFET的關斷損耗急劇增大,導致MOSFET的散熱問題非常突出,并可能導致炸機問題。因此要求在全輸出電壓和全負載范圍內,電路的工作頻率范圍越小越好,最高頻率必須考慮低壓大電流情況下MOSFET的損耗和熱,并要求在較低的輸出電壓下(比如20V輸出)仍然保持調頻控制而不是進入調寬態。

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