LLC半桥谐振线路参数设计表格

参数名称输入参数中间过程输出数据单位Vdc_nom 360.000VoltsVdc_min340.000VoltsVdc_max 380.000VoltsVout_nom47.600VoltsVout_min43.200VoltsVout_max54.000VoltsIout_nom60.000AIout_max60.000AIOCP20.000AFr1120000.000HzFs_max_manul200000.000Fs_max_cal292594.735HzFs_max_act200000.000Rds_on0.150ΩCoss0.453nFCstray0.200nFCzvs1.106nFVDF0.240VoltsT_dead270.000nSη0.970Z0.500π3.142Pout_tol_nom2856.000WPout_tol_max3240.000Wn_com3.763G_max1.196G_min0.857Gol_∞0.833Fs_n .max1.667RL_min0.720ΩRac_min8.207ΩRL_max0.900ΩRac_max10.259ΩRL_nom0.793ΩRac_nom9.043Ωλ0.200LLC半桥谐作者：关平 Email：guaK(L)5.000Z04.698ΩQmax0.482KQzvs0.950Qzvs10.458Qzvs21.612Qzvs0.458Fr248989.795HzFs_min77636.278Hznreal3.750Cr282.294nFLr6.231μHLm31.156μHIrms_max19.674AVmos_max380.000VImax_mos20.000AIrms_mos_max13.911APmos_conduct_loss29.029WVD_MAX108.000VID_AVG_MAX30.000APD_conduct_loss7.200WITP_rms19.674AITS_rms47.086AIcr_rms19.674AVcr_rms283.965VICO_rms29.005A磁芯型号ncore1.000付Ae349.000mm2n_com3.763nreal3.750ΔBw_set0.300TeslaNp_cal12.553TNp_act15.000TNs4.000TΔBw_act0.250Tesla东磁EE55BIM_ZVS12.705AIZVS1.557AG0.907Q0.572λ0.200Fs_att150000.000HzFsn1.250Vin380.000Vout43.200Iout60.000nreal3.750G（Fsn,Q,λ）0.907Q（Fsn,G,λ）0.572Q(Vout,Iout,Zo)0.572G（Vout,Vin)0.857Gmin0.857Gmax1.196结果0以下是一个验算工具：用于计算已经设计好Lr、Cr、Lm、n等主电路参数的电路在指定的任意负载时的增益及开关（Fsn,Q,λ）函数计算增益G（Fsn,Q,λ），当输入频率的使得计算出来增益小于用公式“G=2n*(Vout+VDF)/Vin

LLC谐振半桥得主电路设计指导

近年来，LLC谐振半桥因为成本低、效率高而且结构简单，获得了电源工程师得广泛认可，从而迅速在中低功率（100W-2000W）范围内得到了广泛应用。

关于LLC谐振半桥得理论分析，各类论文已经介绍得比较详细，因此在这里不再赘述，仅仅把主电路参数得设计过程，以及设计中用到得主要公式分列如下。

一、所需得初始设计条件

LLC变换器仅适用于输入电压波动范围比较窄得高压直流输入场合，因此前级一般有PFC级，且LLC电路不适合用于需要长保持时间得场合。设计时，所需得初始限定条件主要就是：

1、 输入额定直流电压einV、最低工作直流电压mininV、最高直流输入电压maxinV；

2、 额定输出电压oV、额定输出电流oI；

3、 预期得谐振频率rf；

4、 输出线路压降（含二极管压降、PCB走线以及电缆压降）dV；

5、 K值（K值得大小将影响到工作频率范围，并对效率略有影响。一般取4-7之间）；

6、 变压器磁芯截面积eA与工作磁感应强度maxB，变压器原边匝数PN，副边匝数SN;

二、设计计算过程

1、 计算变比

一般来说，为了使电源达到比较高得变换效率，我们会把满载工作点设置在谐振频率位置，或略有轻微调整。根据LLC变换器得原理，在谐振频率处，电源得传输比=1。

因此，doPSeinVVNNV，据此计算出doeinSPVVVNNn

2、 计算额定负载电阻R，以及折射到原边得负载电阻pR

ooIVR，228RnRp

3、 计算最高输入电压maxG与最低输入电压时得增益minG

maxmin/)(2indoVVVnG， minmax/)(2indoVVVnG

4、 计算临界Q值，一般在计算值得基础上取0、90~0、95倍得裕量，以保证不进入ZCS区。 一般取)1(95.0~9.02max2maxmaxGGKKGQ

. .可修编. . LLC谐振半桥电路分析与设计

一、简介

在传统的开关电源中，通常采用磁性元件实现滤波，能量储存和传输。开关器件的工作频率越高，磁性元件的

尺寸就可以越小，电源装置的小型化、轻量化和低成本化就越容易实现。但是，开关频率提高会相应的提升开关器件的开关损耗，因此软开关技术应运而生。

要实现理想的软开关，最好的情况是使开关在电压和电流同时为零时关断和开通(ZVS，ZCS)，这样损耗才会真正为零。要实现这个目标，必须采用谐振技术。

二、LLC串联谐振电路

根据电路原理，电感电容串联或并联可以构成谐振电路，使得在电源为直流电源时，电路中得电流按照正弦规

律变化。由于电流或电压按正弦规律变化，存在过零点，如果此时开关器件开通或关断，产生的损耗就为零。下边就分析目前所使用的LLC谐振半桥电路。基本电路如下图所示：

A

图2.1 LLC谐振半桥电路

其中Cr，Lr，Lm构成谐振腔（Resonant tank），即所谓的LLC，Cr起隔直电容的作用，同时平衡变压器磁通，防止饱和。

. .可修编. . 2.1 LLC电路特征

（1）变频控制

（2）固定占空比50％

（3）在开关管轮替导通之间存在死区时间（Dead Time），因此Mosfet可以零电压开通（ZVS）,二次侧Diode可以零点流关断，因此二极管恢复损耗很小

（4）高效率，可以达到92％+

（5）较小的输出涟波，较好的EMI

2.2方波的傅立叶展开

对于图2.1的半桥控制电路，Q1,Q2在一个周期内交替导通，即占空比为50％。所以VA为方波，幅值等于Vin，其傅立叶级数展开为

公式1

当我们确定K值后，就可以得到一组Q值曲线。我们如何去理解这个Q值曲线呢？当我们的输入和输出电压固定的时候，并且变压器变比固定的时候，根据上面的公式，我们是可以得到一个固定的我们所需要的谐振槽路的增益M。(k值确定后，Mmin=（k/（k-1）)0.5，Mmax=Vinmax/Vinmin * Mmin）当对应于某一个输入电压时，我们需要谐振槽路提供的增益为Mx.我们可以在Q值曲线上画一条Mx的直线，Mx这条直线和Q值曲线相交的点，就是LLC在不同负载下的工作点。

从图上我们可以看到，当负载增大时，Q值也增大，Q值曲线左移，Q值曲线与Mx相交点的频率是降低的。因此我们可以看到当负载增加的时候，LLC的工作频率是减小的。从物理意义上来讲，当负载阻抗Rac减小的时候，Lr与Cr构成的串联谐振回路上的阻抗也要减小，以维持Rac上得到的分压不变。只有通过降低频率才能使Lr和Cr构成的串联阻抗减小。因此，当负载加重时，LLC的开关频率是减小的；当负载减轻的时候，LLC的开关频率是增大的。 从上面的分析我们可以看到，当输入输出电压，负载以及变压器变比确定的时候，LLC的开关频率就确定了，也就是LLC的工作点是确定的了。那么我们如何去调整这个工作点呢？

从上面的分析可以看出，LLC的工作点与增益有关。当谐振参数确定后，唯一能改变增益的就是变压器的变比。因此要改变LLC的开关频率，只有通过改变变压器的匝比来实现。

对于LLC，还有一个很重要的参数就是Q值。我们来看一下熟悉的Q值曲线，从曲线上我们可以看到，Q值越小，Q值曲线越陡峭，Q值曲线的右侧为ZVS区域。因此我们可以找到Q值取值的最大值Qmax，它为LLC最大的直流增益Mmax与Q值曲线相交的最大值，这一点是保证在Mmax下，也就是对应最小频率下能实现ZVS的临界条件。如果选择的Q值大于Qmax, LLC将会进入ZCS区域。

可以通过对LLC谐振槽路的等效阻抗推导出Qmax.