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可在上、下区域工作的LLC谐振转换器的设计

发布时间:2015-01-02 14:25:10  来源:大电流电感厂家   查看:

  因此,必须根据应用的规格和特性来选择LLC谐振转换器的工作区域。下一节将讨论LLC谐振转换器工作区域的选择步骤。

  下谐振工作的设计步骤

  图4所示为一个 LLC 谐振转换器在100%和10%负载条件下的频域增益曲线。图中,fop@10%load 和 fop@100%load 为LLC 谐振转换器的工作频率,分别在100% 和 10%负载条件下调节最大输入电压Vin,max对应的额定输出电压。Mfr 代表谐振频率 fr 下的增益,是固定的,不随负载变化。如上所述,谐振频率是把ZVS区域划分为上/下谐振工作的关键点。因此,当把Vin,max 条件下所需增益设定至大于Mfr, 则即使输入电压和输出负载都减小,所需增益也必然不会小于Mfr 。这意味着LLC 谐振转换器的工作频率小于对应 Mfr 的 fr,故它总是工作在下区域。下面介绍一个LED TV 电源的设计步骤。其输入电压由PFC (功率因数校正)提供,最小、额定和最大输入电压分别为350、380 和 400 Vdc。输出规格为120 V / 1.5 A。另外,集成式变压器使用电感滤波器分段骨架,共模电感器控制器采用的是带有两个MOSFET的FSFR系列器件,这是飞兆半导体专为谐振半桥型转换器而设计的产品。

  步骤1. 选择m 和 fr ,并计算Mfr

  利用式2,谐振频率fr 下的谐振增益Mfr 可由下式求得:

  

  式3

  上式中,m 和 fr 都由设计人员选择。若选择的m值很小,峰值增益增加,且需要较大的Lr。若m值过小,需要外部电感,因为这时要在集成式变压器中获得高值 Lr 实际上是相当困难的。另一方面,如果选择较大的m值,则峰值增益降低。工字电感由于Lr 比 Lp低,使用集成式变压器十分容易。一般而言,m值在4-7之间是比较合理的。

  [设计实例]

  当 m 和 fr 分别设置为 6 和 100 kHz时,求得谐振频率下的谐振增益为1.09。

  

电感器生产

  步骤2. 确定最大增益

  利用下列公式可求出所需最小和最大增益:

  

  式4

  这里,Mmin 和 Mmax 分别为最小和最大增益。Vvirtual 是对应于谐振频率的有效输入电压。

  如前所述,如果谐振电压下的Vvirtual 被设定为大于最大输入电压Vin,max,则工作频率将总是低于谐振频率,于是设计出的LLC谐振转换器就会工作在下谐振工作区域。

  [设计实例]

  假定Virtual 设为420 Vdc并考虑到余裕,Mmin 和 Mmax 可采用式4计算:

  

  考虑到因负载瞬态和输入电压变化,峰值增益应具有一定余裕,增加10%的余裕是比较恰当的,故合理的Mmax 为 1.45。

  步骤3. 确定集成式变压器的匝数比

  利用步骤2中求得的有效输入电压Vvirtual 和合理的谐振增益Mfr ,集成式变压器的匝数比可由下式求得:

  

  这里,Vout 和 VF分别是次级端二极管的额定输出电压和正向电压降。

  如果需要调节匝数比n,可回到步骤2,增加或减小有效输入电压Vvirtual即可。

  [设计实例]

  在步骤2中,Vvirtual 已被设为420 Vdc。VF 取1Vdc,集成式变压器的匝数比算得为:

  步骤4. 确定谐振网络

  利用图5所示的这种查找表,能够根据峰值增益和不同的m值找出正确的Q因子。利用m值和前面步骤中获得的所需最大增益,可在图5中选出正确的Q因子。一旦确定了正确的Q因子,谐振网络的参数就可利用下面的公式求出

  

  这里,Cr 和Lr 分别为谐振电容和电感,Lp 为集成式变压器的初级端电感。Rac 等于,其中考虑到了次级端二极管的正向电压降。

  这里,Cr 和Lr 分别为谐振电容和电感,Lp 为集成式变压器的初级端电感。Rac 等于,其中考虑到了次级端二极管的正向电压降。平面变压器厂家 | 平面电感厂家

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