LLC谐振电路主要参数设计

1、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

2、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/n)VfXsin(2nft).Re=8n2RL/n2该电路的输入到输出的电压增益可以表示为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KL=LML，Kf=t/fnQ=2nf/L/Re,fr=1/2nLrCr将（1 1）是可以转换为（2 2）式的形式，下面可以分别讨论及对M M影响口+十(1一击)2+02(02)2LK/A

3、f(2)vM=原侬V Vvs.F(X/zo+x+x。M=f(KW+J一图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增加而下降的区域下面来分析一下，对于阻抗的表达式Z=IZle为和位府大于等*示谖阳杭为5惶,必利口角。小于等豪示连触跳为8住.塔杷位焦为等裳示为收田径或millH实嫁上是&网络中出同捷加 0 人同抗之比LLC电路分析在下面的表达式中 M=IZolejWIZEIe仲Zin=IZ。I/1Zin2j（娘。-巾Zin） IZleJgyj2nfL./Re，一

4、定为感性，所以加。大于鱼SEziKO时,即M工作在容性区,谐振回路阻抗相位0zm6。，即阻抗回路工作在感性区,符合该回路的开关落件零电压开关条件.图中对应 0=5*01*八图当负载加大时，即“变小,Q值增大。从图3还可以看出当Q值增大时，增益的峰盾减小，那么要达到同样的M值，K麋减小。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和人一定的情况下都要小于增益的峰值Mp,不然会进入容性区域。根据增益的变化范围，电路会限制一个最大

5、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。LLU 电正 6 万例从图4可以看出KL越小，同样的增益变化频率变化范围越小,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制的增大，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，其增益的峰图中对应Q=qn=0.1*n流就会愈大/i性器件的铜损和铁损将会增加，开关器件的导值迅速减小，电路工作时容易进入容性区。m书+Rd命淋刖适当的KI和 C 佰三面田逆细讨论。从上面的分析可以看出，KL和Q对

6、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MRKL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人和Q值。LLC电路分析在实际应用中，可以利用图5所示的曲线，来选在适当的人和Q值。Q值与负载有关，也与变压器的匝比有关。Q=2nfrL/Re二8n2氏/冗2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KJ/Q和匝比n,下面举例说明。输入电压为Vdc=400V输出功率P。=120

7、W输出电压最低V0mm=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 J,L,，Q,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=(Vdc/2/Vo)M当M=1时，n=Vdc/2/Vo,由于Va不变，V。有三个值可以选取，Vomin,Vx和(VominWomax)/2首先选择n=Vdc/2/Vomin=400/2/27=7.4,取n=7计算最大增益和最小增益Mmax=2Vomax*n/Vdc=7X54X2/400=1.9Mmin=2Vomin*n/Vdc=2X27X

8、2/400=0.95根据图5,Mp，t和Q的关系曲线,选择Q=0.45(Mmin=0.95)LLC谐振电路设计 Re=(8n2/TT2)Vo/Io当Vmi/27V,1/=4.44人时， Remin=(8x72/3.142)X27/4.44=242 Lr=QmaxRemm/(2Er)=0.45X242/(2X3.14x130 x103)=133X10-6 Lm=KLLr=133X10-6x5=667X106 C=l/(2rrfrQmaxRemin)=l/(2X3.14x130 x103X242)=5.1X109当丫加豕二54丫，1皿1产2.22人时，KL=5fr=130kHzKL=LML“Q=2

9、H工L/Re，Remax=(8x72/3.142)x54/2.22=9680,Qmin=2irfrLr/Romax=2x3.14xl30 xl03xl33X10-6/968=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=0.55xl30 xl03=71.5xl03fma=Kfmaxfr=1.05x130 x103=136.5X103LLC谐振电路设计图 6LLC谐振电路设计以上的计算变正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.

10、7z取=3.7Re=(8nW)Vo/Io当丫加产27丫，1冰冰=4.44人时，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=lMmin=2Vomin*n/Vdc=3.7X27X2/400=0.5根据图 5,M/KL和 Q 的关系曲线，选择Qmin=0.H25(Mmax=l)Qmax=0 45(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，工作的最低频率和最高频率相差3.85倍，假如我们设计些正品率f尸70kHz,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70101号二0663066