LLC半桥谐振电感设计ppt课件.ppt

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1、南京航空航天大学周洁敏2017年4月15日电源网中国工程师巡回培训会南京天丰大酒店专题LLC半桥谐振电感设计1、谐振变换器拓扑简介2、对谐振电感的要求3、适合做谐振电感的磁性材料4、电感设计举例1、谐振变换器拓扑简介LLC谐振变换器近年来一直得到关注和长足的研究，对于中大功率场合则用半桥LLC变换器，大功率电源则用全桥LLC谐振变换器。相同功率下，主电路是半桥和全桥的区别在于半桥电路的电压应力是全桥的一半，而电流应力是全桥电路的2倍。全桥LLC谐振变换器半桥LLC谐振变换器以半桥变换器的谐振电感为例进行分析为分析方便起

2、见，假设1、输出电容很大2、输出电压基本不变1、原边MOS管ZVS开通，副边管子ZCS关断；2、电路结构简单，效率比较高；3、高频和高功率密度；4、电路的输入电压范围和输出功率范围比较大；5、原边和副边管子上的电压应力比较低。主要优点:缺点:1、短路时，原边电流比较高；2、电路中的电流有效值比较高。（1）负载从满负载到空载变化时，都能实现ZVS(对MOS管而言，ZVS最好)，器件的开通损耗较小；（2）器件的关断电流，能控制在较小值，进而减小了器件关断损耗，副边二极管可实现ZCS，不存在反向恢复的问题，EMI小；设计的基

3、本要求（3）在输入电压变化范围较大时，仍能实现输出电压的稳定调节。谐振电容谐振电感串联谐振频率1当主变压器的原边电压被输出电压钳位时。负载电流由副边绕组供电。变压器的激磁电感不参与谐振。串联谐振频率2其中：激磁电感当负载电流由滤波电容供电。变压器原副边没有电流流通时LLC的工作频率fs有3种可能，即必须让其工作在区域1和区域2，绝对不能在区域3。副边整流二极管，无法实现零电流ZCS关断。输入阻抗是感性，原边功率管能实现ZVS，也即功率管开通前，其反并续流二极管导通。Lm参与谐振Lm参与谐振副边两整流管均截止激磁电流线性

4、增长激磁电流反向线性增长VT1ON激磁电流等于谐振电流副边的整流管能实现零电流ZCS关断。输入阻抗是感性，原边功率管能实现ZVS，即功率开通前，其反并续流二极管导通。是理想工作点和效率最高点T1时刻：VT1ON，变压器“.”端为正。T3时刻:VT2ON，变压器“.”端为负。输入阻抗是感性，原边功率管能实现ZVS，也即功率开通前，其反并续流二极管导通。副边整流管能实现零电流ZCS关断，从而消除二极管关断的恢复时间。2、对谐振电感的要求谐振频率由电容和电感确定的,即特征阻抗：如果谐振电容Cr过大，特征阻抗Zr小，则其上电压

5、上升缓慢，谐振槽路的电流过大；如果谐振电感Lr过大，则谐振支路电流较小，电流应力较小。3、适合做谐振电感的磁性材料（1）根据谐振电感中的电流波形可知磁芯工作在1,3象限。根据电路拓扑结构，谐振电感处于原边高交流应力下。工作频率高或交流电流大时，磁通密度摆幅也更大，磁芯损耗占主要地位，成为限制磁性材料选择的绝对因素。几种磁性材料的损耗比较（2）由于磁材料的磁导率会受到温度的影响。谐振电感又是电路中的主要参数，因此谐振电感对温度稳定性要求高。单纯从损耗看适合做谐振电感的材料有：MPP、KoolMμ和间隙铁氧体材料是优选。但

6、温度特性怎样？铁氧体材料磁导率随温度变化特性曲线几种粉芯材料的温度稳定性粉芯材料的磁导率与温度稳定性的关系（3）磁导率与直流偏磁的关系及磁导率与交流磁通密度的关系如果选择磁粉芯材料，则磁导率随着直流偏磁及交流磁通密度是如何变化的？磁导率随着直流偏磁的变化特性磁导率与交流磁通密度的关系根据上述分析，可以选用MPP较低磁导率磁芯为谐振电感材料，但价格昂贵。（1）LLC半桥变换器的设计要求4、电感设计举例VT1和VT2互补导通，各占50%。★LLC主变压器变比的选取在最低输入电压下选取，则变比为在进行损耗分析前，做一些定义品

7、质因数：电感系数：归一化频率：在已知电路其它参数的前提条件下，电路总损耗仅与主变压器的激磁电感Lm有关理想区域实际谐振频率选取常以损耗作为重要因素。Referency:JunZhang,WilliamG.HurleyOptimizedDesignofLLCResonantConvertersIncorporatingPlanarMagnetics.978-1-4673-4355-8/13/$31.00©2013IEEE增益分析式中：激磁电感越大，增益越大。实际的谐振频率选取受到增益、损耗等诸多因素的影响，可进行变换器的

8、损耗分析和优化设计，获得归一化电感范围。选取品质因数电感系数选取品质因数电感系数谐振电感为考虑到空载和谐振支路的峰值电流谐振电容变压器激磁电感为谐振电感总值为考虑到空载和谐振支路的峰值电流需要说明的是谐振电感包含了变压器漏感，如果漏感不足，则需要专门的谐振电感。变压器激磁电感为谐振频率1谐振频率2归一化频率谐振支路的峰值电流特征阻