开关电源设计[LLC].pdf

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1、LLC设计步骤¾LLC的基本原理¾LLC的设计方法¾LLC的几个问题LLC的基本原理MOSFET适合零电压开关12CV+开通损耗DS2MOSFET适合零电压开关关断损耗MOSFET的零电压开关VDSVGSir关断损耗避免不了MOSFET开通前,其Vds电压已ZVS的实现需要驱动信号来时有经为零,则为零电压开通(ZVS)电流从S到D流通,LLC可以实现LLC的架构Lpk=Ls1fr=LLC2πLsCr1两个谐振频率fr2=2π()Ls+LpCrLLC的详细工作过程AcrobatDocument输入FH

2、A等效电路IrVin21Vs=+Vin∑sin(2nπfswt)2πn=1,3,5...n2Vs1=Vinsin(2πfst)π输出FHA等效电路Vr1Ir14Vr1=Vosin(2πfst−ϕR)2Ts/22πIo=∫IR1

3、sin(2πfst−ϕR)

4、dt=IR101sin(2)TsπIr=IR1πfst−ϕRVr1(t)8Vo8RVr1,Ir1同相,所以阻抗为电阻Re==*=22ir1(t)πIoπ输出FHA等效电路228等效到初级侧RAC=nRe=nR2π4Vp=nVr1=nVoπLLC的简

5、化FHA等效电路归一化增益πnVP2πnVo4nVPVs1=Vin⇒Vin=Vs1

6、G

7、===VinπVS1π2VS1244πsLp//RacVp=nVr1=nVo⇒Vo=Vp=π4n1/sCr+sLr+(sLp//Rac)LLC的稳压原理输入或负载变化时引起Vp变化Lpf2πfrLsk=x=Q=LsfrRAC通过改变频率使1/sCr+sLr的k*(x)2

8、G(f)

9、=分压相应改变，最终维持负载2222{(1+k)*(x)−1}+{Qk(x)*[(x)−1]}电压不变,即Vp不变LLC的DC特性ZV

10、S区域2ZCS区域ZVS区域1ZVS区域1的波形f>fr开关频率大于谐振频率上管开通前电流由S-D流通谐振点的波形f=fr开关频率等于谐振频率下管开通前电流由S-D流通ZVS区域2的波形f

11、要的电压增益Gmax,Gmin3.Rac；k需要求解的量1.Q值，由此得到Cr,Ls,Lp2.最小、最大开关频率LLC的DC特性GmaxZVS区域2ZCS区域ZVS区域12k*(x)Gmax已知，3

12、G(f)

13、=2222个变量，无法{(1+k)*(x)−1}+{Qk(x)*[(x)−1]}求出Q值K值的确定k=4k=1k=16K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值的确定k=1k=4k=16k值越大，MOSFET在fr附近的导通损耗和开关损耗越低综合以上考

14、虑k一般取2.5-6的范围Q值的讨论满足Gmax的Q值有很多GmaxQ对初级电流的影响2πfrLsQ=Q↓⇒Ls↓⇒Lp=k*Ls↓⇒Lm=(Ls+Lp)↓⇒ILP↑RACV2n4R2OL2Irms=+8π↑⇒η↓228nRLLmfrK值固定后，在保证ZVS的条件下尽量选用大的Q值k再看变量2k*(x)

15、Gmax

16、=2222{(1+k)*(x)−1}+{Qk(x)*[(x)−1]}仍有Q,x为未知量，需要新的条件才能解出Q值，从而确定Cr,Lr,Lm已知量从阻抗想办法LLC的阻抗特性Zinfx=fr

17、1LpZin=+sLr+(sLp//Rac)k=sCrLs22xk1xk=Zo*{Q*+j[x−+]}2πfrLr2222221+xkQx1+xkQQ=RACLLC的输入阻抗ϕ1Zin=+sLr+(sLp

18、

19、Rac)sCr电压电流波形波形ØZVS的条件:电流落后于电压，即Zin为感性－－频率增加，阻相位差Ø为0是感性抗增加容性的分界线LLC的阻抗特性虚部为零，是感性容性的分界线，由此条件得到⎛22⎞xk⎡1xk⎤Zin=Zo*⎜⎜Q*222+j⎢x−+222⎥⎟⎟⎝1+xkQ⎣x1+xkQ⎦⎠1xk

20、11x−+=0Qmax(x)=−22222x1+xkQk(1−x)(kx)再看增益公式，把Qmax(x)带入公式，可求出x，再得到Qmax，从而得到Cr,Lr,Lm；令Q=0得空载工作频率2k*(x)

21、Gmax

22、=2222{(1+k)*(x)−1}+{Q*k*(x)*[(x)−1]}已知量代换为x只有x是未知量解求各参数由最高输入电压时的增益(Gmin)和空载条件(Q=0)求解最高工作频率2k*(x)

23、Gmin

24、=2222{(1+k)*(x)−1}+{Qk(x)*[(