LLC的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

學(xué)習(xí)開關(guān)電源，我們從基本的非隔離拓?fù)鋵W(xué)起，最終會(huì)來到LLC的軟開關(guān)拓?fù)?，LLC需要的基礎(chǔ)知識(shí)比較多，很多入門者都覺得比較難，是很多人的攔路虎，包括做了很多年設(shè)計(jì)的老手，不是很理解，或者理解的不夠深刻，很多同學(xué)也包括我自己，也是看了大量的書籍和文獻(xiàn)，確實(shí)需要很多基礎(chǔ)知識(shí)。

電源四大金剛

得益于現(xiàn)在LLC已在各行各業(yè)全面普及，已很容易通過各種資料掌握。感謝當(dāng)年清華楊波博士8年的研究，才有了現(xiàn)在的各種普及。感謝后來者的不斷栽樹，才有后來者的綠樹成蔭，

LLC的基礎(chǔ)知識(shí)：

1、LLC的拓?fù)涞臓顟B(tài)分析，實(shí)際就是解釋不同時(shí)間內(nèi)，諧振腔電壓電流與勵(lì)磁電壓電流的關(guān)系，分多個(gè)狀態(tài)，我們一開始大體了解下，如想弄得很細(xì)，最好通過matlab的仿真進(jìn)行分析，開環(huán)的，觀察。有需要仿真文件的，也可以問我要，模型觀察就比較簡(jiǎn)單，就像一個(gè)人的身體運(yùn)行規(guī)律。很多教科書上來就講這個(gè)，容易看不懂，實(shí)際上來不需要弄的這么清楚了，做出來再觀察，可能會(huì)更好理解。

LLC

2、LLC如何實(shí)現(xiàn)原邊MOS ZVS，副邊整流管的ZCS//諧振腔成感性是核心。

3、LC的串并聯(lián)諧振，電路原理，電感特性和電容特性的互補(bǔ)，一個(gè)是電流不能突變，一個(gè)是電壓不能突變，都有原則；那外部變化時(shí)，就振蕩起來，基礎(chǔ)知識(shí)參考大學(xué)的LC電路原理。

4、設(shè)計(jì)LLC的本質(zhì)：解方程，如何在一個(gè)窄范圍的PFC電壓（380V~400V額定~420V），讓額定接近諧振頻點(diǎn)工作效率最高，如我們選擇額定輸入400V條件下，工作在fr=100k；其他條件，通過調(diào)整源的開關(guān)頻率，改變諧振腔的分壓比，使得閉環(huán)輸出穩(wěn)定；如高壓空載時(shí)工作在限定最高頻率，低壓滿載工作在某一相對(duì)較低的開關(guān)頻率；在這個(gè)范圍內(nèi)調(diào)整頻率使得增益反向改變，電壓低了就調(diào)高增益，電壓高了就調(diào)低增益；

5、變壓器的理想模型和等效模型；變壓器和電感磁集成，小功率LLC，要弄清楚變壓器理想模型和等效模型之間關(guān)系；

正所謂磁集成技術(shù)，就是將多個(gè)電感、變壓器繞在一個(gè)磁芯上；再通俗一點(diǎn)，就是把電感集成在變壓器之中。主要的目的有：

最直觀得益于這項(xiàng)技術(shù)的感受，莫過于手里體積越來越小的手機(jī)充電器和電腦充電器。而隨著氮化鎵GaN半導(dǎo)體的出現(xiàn)，開關(guān)頻率可達(dá)到MHz級(jí)別，使得PCB變壓器成為可能。

理想變壓器并不存在，任何一個(gè)變壓器都有漏電感，應(yīng)用最為廣泛的變壓器T型等效模型中，也對(duì)漏電感進(jìn)行了建模。

大多數(shù)情況，我們希望這個(gè)漏感足夠小，但在有些情況我們需要利用這個(gè)漏感，如果這個(gè)漏感的特性和我們所需要的電感相同，也就完成了電感在變壓器中集成。在某些情況，尤其是諧振變換器的應(yīng)用中，電感需要精確設(shè)計(jì)，而在磁集成變壓器中，則轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)漏電感的精確控制。

有這么個(gè)框架，你再來去看就容易些了；

我們一一介紹下LLC設(shè)計(jì)基礎(chǔ)：

1、MOS 8大損耗：截止，開通，關(guān)斷，泄放，驅(qū)動(dòng)，二極管，反向恢復(fù)，啥叫ZVS？

原邊LLC降低的是開通損耗，ZVS，也就是沒導(dǎo)通之前利用諧振腔感性電流超前特性，將MOS電容抽到0電壓，之后發(fā)驅(qū)動(dòng)導(dǎo)通；驅(qū)動(dòng)來之前,DS為0為ZVS，用LLC諧振腔看就是電流為負(fù)，會(huì)使得上管從S到D，實(shí)現(xiàn)開通ZVS

2、諧振有兩個(gè)諧振點(diǎn)？啥時(shí)候有，諧振腔：有激磁電感LP，諧振電感LS，當(dāng)LP被副邊電容潛位時(shí)，是Ls和Cr諧振；當(dāng)副邊D1和D2斷開時(shí)，是LP和LS的串聯(lián)和Cr諧振，所以有兩個(gè)諧振頻率點(diǎn)，一個(gè)低，一個(gè)高，絕大部分工作時(shí)間段在高頻諧振點(diǎn)，發(fā)生變化時(shí)為諧振電流和勵(lì)磁電流相等時(shí)；

3、為什么等效，不等效研究不下去，等效更簡(jiǎn)單，

等效基波分析法，半橋中間節(jié)點(diǎn)VS實(shí)際為開關(guān)波形，為輸入電壓一般的方波，但是我們采用等效的基波正玄波替代

FHA

歸一化

這樣就可以等效為一個(gè)諧振腔體的阻抗，進(jìn)而將副邊折算到原邊歸一化為諧振腔的研究

4、最終簡(jiǎn)化研究，研究的是VS的頻率和VP的分壓關(guān)系；這個(gè)增益與很多因素有關(guān)系（f，fr頻率，負(fù)載Q，LS,Lr,cP有關(guān)系）

關(guān)系太多，不利于研究，歸一化為三個(gè)參數(shù) K，X，Q，知道這三個(gè)參數(shù)就知道如上6個(gè)參數(shù)，降維思維。

畫出其歸一化曲線，我們的輸入輸出電壓范圍知道，我們知道最大增益和最小增益兩個(gè)范圍，我們就知道垂直方向的范圍，水平方向的頻率范圍，我們知道空載為最高頻率，低壓滿載有個(gè)頻率，我們處于感性區(qū)，有個(gè)最大的Q值，這時(shí)有個(gè)最小開關(guān)頻率保證感性區(qū)2，一般高壓空載在1區(qū)，一般處在2區(qū)，當(dāng)然有些設(shè)計(jì)讓始終在2區(qū)，有綜合考慮，如環(huán)路設(shè)計(jì)，這里就像斷續(xù)，臨界，連續(xù)三個(gè)區(qū)域一樣；

5、歸一化了，還是不是唯一的對(duì)應(yīng)關(guān)系，還是比較負(fù)責(zé)，如何降到1個(gè)未知量的增益關(guān)系？

雖然簡(jiǎn)化6個(gè)參數(shù)為K,X，Q，3個(gè)參數(shù)，仍然不能確定工作點(diǎn)，還得研究K和Q的影響，K取啥，確定個(gè)范圍，Q確定個(gè)范圍，然后就定出來X了；

K值越大，損耗 越小，但是頻率變換范圍太大；希望頻率調(diào)整變換不大，損耗小，所以3~6

K定了之后，Q盡量取大，提高效率，所以有個(gè)Qmax確定

Qmax代表著什么，就是滿載最大的比值，這時(shí)諧振腔體為感性，如何是感性，我們要找臨界點(diǎn)，臨界點(diǎn)成立，找到最大的Q值

Q最大值對(duì)應(yīng)的K和頻率X表達(dá)清楚了，那我們就可以將K固定，將Q和K變?yōu)橐阎?，降為只有X和G的函數(shù)表達(dá)，很容易求出對(duì)應(yīng)的Gmax（Xmin）關(guān)系，

最高頻率對(duì)應(yīng)高壓 Gmin 空載對(duì)應(yīng)：

6、所以總體來看：公式就這幾個(gè)公式設(shè)計(jì)參數(shù)，這就是解的參數(shù)。所以LLC就是等效降維解方程

7、約束條件？

當(dāng)然，我們還得考慮實(shí)際諧振電流能將Q1,Q2和變壓器寄生電容抽干，滿足ZVS條件，IM為死區(qū)的諧振電流值，要大于CUmax/td，如驗(yàn)證不滿足，減小K值，或者減小Q值調(diào)整，還是剛才那幾個(gè)公式，列個(gè)EXCEL直到這個(gè)約束條件滿足。

至此諧振腔體參數(shù)LP,LS，Cr值確定下來了，一般是Cr是電容并聯(lián)，是固定值，通過列出excel表格，修正Q減小，或者調(diào)整K值，取到正合適的容量；

8、接著計(jì)算管子的電壓和有效值電流，選擇初級(jí)和次級(jí)二極管的型號(hào)，諧振電容650V的，這塊高壓輸入，電容容量越大，電壓降額越好，所以要反算調(diào)整；

9、輸出電容約為0.48 IO，一般按照0.5倍輸出電流去選擇電容個(gè)數(shù)（N*耐受的紋波電流）；

10、變壓器：AP定磁芯尺寸，低壓最小頻率時(shí)計(jì)算，計(jì)算匝數(shù)比，計(jì)算原邊匝數(shù)，副邊匝數(shù)，副邊取整；

變壓器設(shè)計(jì)，小功率磁集成，大功率的電感外置；

11、變壓器的理想模型和LLC的關(guān)系，所以我們計(jì)算出來的N

原因如下，等效就是觀察角度不同的轉(zhuǎn)換：

了解可能的繞線磁集成方案

磁集成

注：以上資料來自網(wǎng)絡(luò)，非本人原創(chuàng)，這塊結(jié)合了自己的理解，也是設(shè)計(jì)過程梳理，理解的過程，實(shí)際LLC的設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，解方程思維，降為思維。但是基礎(chǔ)知識(shí)比較多，不容易入門，希望這個(gè)文檔，對(duì)你有幫助。