【鼎阳硬件智库原创 | 电源】LLC半桥的设计方法

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热心网友时间：2024-12-14 01:50

杨鼎鼎阳硬件设计与测试智库专家组成员

已知条件：设计 LLC 半桥电路时，需考虑的变量包括增益、k值、Q值、Lp与Ls的比值、励磁电流Im与谐振电流Ir等。

求解的量：在设计LLC半桥电路时，主要目标是求解增益Gmax、Q值、k值范围、励磁电流Im、谐振电流Ir以及如何优化设计以提高效率。

分析：在LLC电路中，k值的大小对获得相同增益的频率变化范围影响显著。k值越小，频率范围越窄；k值越大，频率范围越宽，但工作频率更容易接近fr2谐振点，进入ZCS区域。因此，k值一般取2.5-6的范围。Q值的降低导致初级电流有效值增大，影响效率。因此，在保证ZVS的条件下，应尽量选取大的Q值。励磁电流Im与谐振电流Ir的关系在电路设计中至关重要，需根据电路参数精确计算。

计算：基于给定条件（输出功率、输入电压范围、额定输入电压、输出功率、谐振频率等），通过公式计算变压器变比、谐振元件值、负载电阻、反射电阻、k、Q、fmin、fmax、Ls、Lp、Cr、满足ZVS条件的参数等。具体计算步骤如下：

输出指标：输入电压范围250V至420V，额定输入电压400Vdc，额定输出功率89W。

选择谐振频率和工作区域：谐振频率fr设定为100KHz。

计算变压器的变比和谐振元件值：理论变比为输入电压与输出电压之比。最高和最低输入电压时增益需满足设计要求。

等效负载电阻和反射电阻：根据输入电压和输出功率计算等效电阻。

计算k、Q、fmin、fmax、Ls、Lp、Cr：根据给定条件和已计算参数，利用公式求解这些变量。

核算满足ZVS条件：验证励磁电流Im在死区时间内是否能放完MOS管的寄生电容电量，以实现零电压开通。

初级电流有效值：通过计算得出。

MOS管损耗：包括导通损耗和开关损耗的计算，以评估效率。

次级整流管电压、电流、损耗：针对6.5V输出的计算。

谐振电容电流有效值与最大电压：计算谐振电容的电流有效值和最大电压。

输出电容电流有效值：针对6.5V输出进行计算。