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本节将逐步演示如何使用前面文章所述方法设计 LLC 谐振半桥转换器。该设计面向低输出电压的应用，例如计算机和服务器中使用的 ATX12 电源，节能是首要目标。

首先展示一下LLC设计的流程框图：

转换器的电气规格如下：

• 输入电压：375 至 405 VDC

• 额定输出功率：300 W

• 输出电压：12 VDC

• 额定输出电流：25 A

• 输出电压线路调整率 (Io = 1.0 A)：≤ 1%

• 输出电压负载调整率 (Vin = 390 V)：≤ 1%

• 输出电压峰峰值纹波（Vin = 390 V 和 Io = 25 A）：≤ 120 mV

• 效率（Vin = 390 V 和 Io = 25 A）：≥ 90%

• 开关频率（正常工作）：70 至 150 kHz

电路的框图如图1所示。为清楚起见，不包括一些辅助功能。

图1 LLC原理图

1、确定变压器匝数比 (n)

变压器匝数比由公式确定：

根据规格，输入电压和输出电压的标称值分别为 390 V 和 12 V，因此匝数比可以计算为

2. 确定 Mg_min 和 Mg_max

在这些计算中，1% 用于调整来自线路和负载调节的输出电压。假设次级侧二极管的正向压降为 VF = 0.7 V。Vloss = 1.05 V 假定为由于功率损耗造成的电压降。如果假设效率为 92%（根据规范要求 > 90%），则总功率的 8% 将是功率损耗。如果所有损耗都与输出电压有关，那么 25 A 时 8% 的损耗会使输出电压下降到

为了在 110% 的过载电流能力下保持在感性区域内运行，Mg_max 从 1.18 增加到 1.18 × 110% = 1.30。

3.选择Ln和Qe

从LLC设计之你的Ln值和Q值选择合适吗？中，如果选择值 Ln = 3.5 和 Qe = 0.45，则相应的 Mg_ap = 1.56，大于 Mg_max = 1.30。图中未显示 Ln = 3.5 的曲线，但可以通过内插 Ln = 3 和 Ln = 4 的曲线获得。

4. 确定等效负载电阻 (Re )

满载时：

110%过载时：

5. 设计谐振电路的参数

谐振电路的参数由等式 (34)、(35) 和 (36) 确定。串联谐振频率最初可以选择130 kHz的开关频率，然后可以计算满载时谐振电路的参数：

6. 验证谐振电路设计

设计参数如下：

• 串联谐振频率：

• 电感比：

• 满载时的品质因数：

• 110% 过载时的品质因数：

绘制对应于设计参数的增益曲线（图 2）。

图2 验证谐振电路设计

该图显示初始设计满足以下频率规格的要求：

• 串联谐振频率为 f0 = 124.4 kHz。

• (Mg_min, fsw_max) 处的频率为 fn_max × f0= 1.02 × 124.4 kHz = 126.9 kHz。

• (Mg_max, fsw_min) 处的频率与过载 (Qe = 0.52) 为 fn_min × f0 = 0.65 × 124.4 kHz = 80.7 kHz。

7. 确定初级侧电流

具有 110% 过载的初级侧 RMS 负载电流 (Ioe) ：

fsw_min = 80.7 kHz 时的 RMS 磁化电流 (Im) ：

谐振电路的电流 (Ir) ：

这也是 fsw_min 处的变压器初级绕组电流。

8. 确定次级侧电流

总次级侧 RMS 负载电流是从初级侧电流 (Ioe) 到次级侧的电流：

由于变压器的次级侧采用中心抽头配置，因此该电流在次级侧均分到两个变压器绕组中。然后计算每个绕组的电流为：

对应的半波平均电流为：

9. 选择变压器

可以从目录中构建或购买变压器。此示例的规格为：

• 匝数比 (n)：16

• 初级端电压：450 VAC

• 初级绕组的额定电流，Iwp：2.6 A

• 次级端电压：36 VAC

• 次级绕组的额定电流，Iws：21.6 A（中心抽头配置）

• 空载频率：127 kHz

• 满载频率：80 kHz

• 一次侧和二次侧之间的绝缘：IEC60950 加强绝缘

10.选择谐振电感

电感器可以从目录中构建或购买，具有以下规格：

• 串联谐振电感，Lr：60 μH

• 额定电流，ILr：2.6 A

• 终端交流电压：

• 频率范围：80 至 127 kHz

11.选择谐振电容

由于其高频、高幅度电流，谐振电容器 (Cr) 必须具有低损耗因数 (DF)。电解电容器和多层 X7R 陶瓷电容器通常具有高 DF，因此不是首选。可以使用 NP0 电容器，因为它们的 DF 较低，但它们的电容范围存在限制。常用于 LLC 转换器的电容器由金属化聚丙烯薄膜制成。这些电容器具有非常低的 DF，能够处理高频电流。

在选择电容器之前，必须根据使用的开关频率降低其额定电压。图3 显示了一个示例，其中额定值为 600 VRMS 的 12-nF 电容器在 100-kHz 开关频率下最多只能使用 300 VRMS。

图3 电压降额-频率

所选电容器 (Cr) 必须满足以下附加规格：

• 额定电流，ICr：2.6 A

• 交流电压：

• RMS 电压：

• 对应的峰值电压：

12. 选择初级侧 MOSFET

指定转换器所需的 MOSFET 参数。每个 MOSFET 将输入电压视为其最大施加电压：

在谐振电容器的电压建立后，每个 MOSFET 在稳态下传导一半的谐振网络电流。但是，在初始启动和瞬态期间，每个 MOSFET 中的电流可能与 110% 过载的谐振电流 (Ir) 一样高：

MOSFET 开关损耗通过 ZVS 最小化；因此，MOSFET 的传导损耗可能成为设计的主要关注点。这表明应该使用具有低 Rds_on 的 MOSFET，但要认识到通常在 Rds_on 和 Cds 之间进行权衡。

13. ZVS 设计

转换器的输入相角必须大于零，如拿来吧你！LLC 谐振半桥电源转换器之实现ZVS的条件公式 (30b) 所述。基于第 6 步，此要求已得到满足。转换器具有足够的电感能量和足够的 ZVS 开关死区时间的条件分别由方程 (32a) 和 (32b) 描述。为了检查这些条件，可以假设 Ceq 主要来自 MOSFET 的 Cds。对于典型的 500V MOSFET，Cds 约为 200 pF。如果假设 Ceq = 200 pF 并且最坏情况下的最小磁化电流 (Im_min) 为

为满足式（32b）的要求，死区时间应设计为：

100 ns 的 tdead 将满足要求。

14. 选择整流二极管

二极管的额定电压确定为：

二极管的额定电流确定为：

15.选择输出滤波器的类型并指定电容器

在 LLC 转换器中，输出滤波器可能仅由电容器组成，而不是大多数脉宽调制转换器中的 LC 滤波器，尽管可以选择小型的第二级 LC 滤波器。如果滤波器只有电容器，则应选择它们以允许整流器电流通过所有交流组件传导。

整流器的全波输出电流表示为：

然后，对于负载电流 (Io)，电容器在 100 kHz 左右的 RMS 电流额定值计算为

通常单个电容器不会允许如此高的 RMS 电流，因此经常使用多个并联的电容器，并且可能提供较低的外形。采用导电聚合物技术的铝固态电容器具有高额定电流和低等效串联电阻 (ESR)，使其成为不错的选择。

纹波电压是每个开关周期流入和流出电容器的交流电流量乘以电容器的 ESR 的函数。由于可以假设所有电流（包括负载的直流电流）流入和流出滤波电容器，因此这是对纹波电压的非常好的估计。为满足 120mV 纹波电压的规范，最大 ESR 应为

只要组合电容器满足以下规格，就可以使用任何电容值：

• 额定电压：16 V

• 纹波电流额定值：100 kHz 时为 12.1 A

• ESR：< 3 mΩ

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