LLC变压器设计步骤与说明

LLC变压器设计步骤与说明1LLC变压器设计步骤与说明-------------夏建彬已知条件：一、输入电压范围：MININV,MAXINV额定输入电压：NOMINV输出电压电流（最大值）：00/IV二、选择谐振频率和工作区域谐振频率rf额定输入输出时电源工作在rf参数计算1、理论变比)(*2200DINDINVVVVVVnNOMNOM+=+=2、最高、最低输入电压的增益MAXINDMINVVVnG)(**20+=MININDMAXVVVnG)(**20+=3、计算负载电阻和反射电阻00IVRL=2222**8*8*ππLLACRnRnR==LLC变压器设计步骤与说明24、取k值SPLLk=k值选3～7之间可以接受，k值选大，会增大频率范围，较小的k值可以减小频率范围，但是轻载效率较低。k值越小，获得相同增益的频率变化范围越窄k值越大，获得相同增益的频率变化范围越宽。k值越大，MOSFET在rf附近的导通损耗和开关损耗越低。为了获得较好的环路调整和较高的效率、较低的文波，以及轻载电压的稳定，个人经验选择6=k。5、计算Q,MINf,MAXf,SL，PL,rL1**95.0***822220−+====MAXMAXMAXLrrprirrpriGGkGkRnCLZCLZZQηπ由于：↑↓⇒+=↓⇒=↓⇒↓⇒⇒=LPPSmSPSACSrILLLLkLLQRLfQ)(*2π↓↑⇒+=ηπ222240828rmLLrmsfLRnnRVIK值固定后，在保证ZVS的条件下尽量选用大的Q值。)11(12MAXrMINGkff−+=)11(1MINrMAXGkff−+=QRfCACrr***21π=rACSfRQLπ2*=rPLkL*=由于实际选型时，电容规格组合一定，所以选择合适的rC值，再推算其它参数。LLC变压器设计步骤与说明3假设rC一定，则其它参数推算如下：rACrCRfQ***21π=关于Q值的考虑：当1Q时，反馈微小的变化量会引起比较大的输出变化，因而往往会导致回路震荡，因此实际工作时Q要小于1，工作在负反馈状态下，所以一般实际应用上选取的L值对应的Q是小于1的。如果在已经设计好的回路中Q值大于1，就往往会产生工作不稳定的现象，或者输出环路不稳定，且输出纹波较高（LLC电路对前级无衰减）。由于RsrCLf*21π=,则有：22**41rrSfCLπ=rPLkL*=)11(12MAXrMINGkff−+=不变，)11(1MINrMAXGkff−+=，k值不变。（注：由于反推一些参数，可以明显发现最初设定的最大增益MAXG和最小输入电压MININV改变了，但是对于变换器来说，此改变可以接受。）考虑实际问题，主变压器采取夹绕方式，考虑本身漏感为1%，故真正的SL取值需要变小一点。6、核算pmII)(*4PrMAXINmLLfVIMAX+=dinstrayosspTVCCI)2(+=pmII如不满足需要降低Q或增大PrLL+LLC变压器设计步骤与说明47、实际变比kknLLLnnpPrreal1**+=+=8、初级最小匝数eMINDrealMINPABfVVnN**2)(0∆+=−(根据实际变压器尺寸选择PN,SN,realn)9、初级电流有效值222240828π+=rrLLrmsfLRnnRVI10、MOSFET电压，电流最大值，电流有效值MAXINMOSVV=OCPMOSMAXII=_2_rmsMOSrmsII=dslossConductRIPMOSrms2__=11、次级整流管电压，电流，损耗0_*2VVMAXD=20_IIAvgD=AvgDAvgConductDlossConductDIVP_____*=12、谐振电容电流有效值、最大电压222240_828π+==rrLLrmsrmsCrfLRnnRVIIrrMaxrmsINMaxCrCfIVVMAXπ21**22__+≅13、输出电容的电流有效值022020_0*88)22(IIIIRmsC−=−=ππLLC变压器设计步骤与说明514、器件选择MOSFET:满足20%裕量，电流从发热和OSSC考虑（保证高压时ZVS)rC：满足RMS电流的要求，电压为计算值的1.5倍左右0C:满足RMS电流的要求15、rC取值与功率P的关系由于1**95.0***822220−+====MAXMAXMAXLrrprirrpriGGkGkRnCLZCLZZQηπ，其中k，MAXG为固定值，又由于QRfCACrr***21π=，故在选取rC时，主要由ACR决定。因为228πLACRnR=，DINVVVnNOM+=02,00IVRL=所以200220)(2DINACVVIVVRNOM+=π考虑DV较小，则有0220022200220200220222)(2PVVIVVIVVVVIVVRNOMNOMNOMNOMINININDINACππππ==≅+=综上所诉，ACR的值仅与输入电压和功率有关系，即在谐振参数rC，rL的选择上，仅需要考虑变换器所要求的功率，而不需要太关心输出0V和0I。LLC变压器设计步骤与说明6列：已知条件：一、输入电压范围：VVMININ300=,VVMAXIN400=额定输入电压：VVNOMIN380=输出电压电流（最大值）：AIVV18/1200==二、选择谐振频率和工作区域谐振频率KHzfr100=额定输入输出时电源工作在rf参数计算1、理论变比96063.14)7.012(*2380)(*2200=+=+=+=DINDINVVVVVVnNOMNOM2、最高、最低输入电压的增益95.0400)7.012(*96063.14*2)(**20=+=+=MAXINDMINVVVnG26667.1300)7.012(*96063.14*2)(**20=+=+=MININDMAXVVVnG3、计算负载电阻和反射电阻6667.0181200===IVRL07074.1216667.0*96063.14*8**8*8*222222====πππLLACRnRnRLLC变压器设计步骤与说明74、取k值6==SPLLk5、计算Q,MINf,MAXf,SL，PL,rL1**95.0***822220−+====MAXMAXMAXLrrprirrpriGGkGkRnCLZCLZZQηπ3677283.012667.12667.16*26667.1*695.022=−+=3814164.55)26667.111(*61100)11(122=−+=−+=MAXrMINGkffKHz894133.120)95.011(*61100)11(1=−+=−+=MINrMAXGkffKHz7663.353677283.0*07074.121*100*210***216===ππQRfCACrrnF89353.70100*207074.121*3677283.0*102*3===ππrACSfRQLHµ361185.42589353.70*6*===rPLkLHµ由于实际选型时，电容规格组合一定，所以选择合适的rC值，再推算其它参数。令nFCr44=（即223//223），则其它参数推算如下：298916.044*07074.121*100*210***216===ππrACrCRfQ627.57100*207074.121*298916.0*10*2***41322====πππrACrrSfRQfCLHµ726.345627.57*6*===rPLkLHµ取55=SLHµLLC变压器设计步骤与说明8取350=PLHµ取3637.655350===SPLLk6、核算pmII04239.2)35055(*894133.120*4400*10)(*43=+=+=PrMAXINmLLfVIMAXA110*200400*10*500)2(912==+=−−dinstrayosspTVCCIApmII7、实际变比09322476.163637.613637.6*96063.141**=+=+=+=kknLLLnnpPrreal8、初级最小匝数135875.27170*4.0*3814164.55*2)7.012(*09322476.16*10**2)(30=+=∆+=−eMINDrealMINPABfVVnNST（考虑实际，选用PQ3230骨架磁芯）选择SPTN32=,SSTN2=,16=n9、初级电流有效值264.18100*556667.0*16*2*10*6667.0*16*812828222243222240=+=+=ππrmLLrmsfLRnnRVIA10、MOSFET电压，电流最大值，电流有效值VVVMAXINMOS400==5168.1_==OCPMOSMAXIIA(取rmsOCPII*2.1=)893918.02_==rmsMOSrmsIIAdsdslossConductRRIPMOSrms*799.02__==WLLC变压器设计步骤与说明911、次级整流管电压，电流，损耗2412*2*20_===VVMAXDV921820_===IIAvgDA3.69*7.0*_____===AvgDAvgConductDlossConductDIVPW12、谐振电容电流有效值、最大电压AfLRnnRVIIrrLLrmsrmsCr264.18100*556667.0*16*2*6667.0*16*81282822224222240_=+=+==ππ44*100*21**2240021**22__ππOCPrrMaxrmsINMaxCrICfIVVMAX+=+≅618529.27744*100*21*5168.1*22400=+=πV13、输出电容的电流有效值678352.8*88)22(022020_0=−=−=IIIIRmsCππA深圳富懿恒电子科技有限公司2012年05月14日