关于设计LLC啊,实际这个玩意很复杂,我呐是比较取巧的方法把许多步骤给简化了,不过实际呐还是可以的,这里写一点。
就这个500w的llc为例子,我们最低输入是200v ac,最高是250v ac,对应转换的直流大约为250v-350V,我们要求输出是24v 500w。
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我的思路是,在250v 最低输入电压的时候,llc工作在谐振点附近,随着输入电压的曾加系统增加频率即可稳定输出电压。
这样整个系统就是单调的,那么需要确定才参数就比较清晰了,在最低电压的时候要满足最大功率输出,在最高电压的时候,根据自己的需求比如多少负载进入pwm波的连续模式,从而来确定变压器和谐振电感的K值。
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在计算最低电压满足系统需求的时候,我们考虑到一些实际信息,比如不想让系统跑到ZCS状态,那么是需要对谐振电容加箝位二极管的。但是加了箝位二极管以后,谐振电容的最大电压只有母线,所以我们得满足最大功率,最低输入,最大输出时,谐振电容的最大电压要比母线低一点。
①:我们可以通过公式P=C*U*U*F,来做初步的确定谐振电容C的值,P代表输出功率500w,U代表最低母线电压,F代表运行频率(也就是接近谐振频率)
只是呐实际P的功率应该比500w要大一些,因为有效率的损失嘛,我习惯性的就是按0.9的效率计算,同时我们要设定一个自己想要的谐振频率,而谐振频率实际是需要考虑变压器的B值和圈数的,就是频率多少那个变压器的圈数刚好是1层或者2层,尽量避免1.5层这个。
500/0.9=C*250*250*80,C=111nf,然后80K的谐振频率通过LC震荡公式可以计算出谐振电感约为35uh左右。
②:我们得到了一个初始的谐振参数,但是实际上这个输出不了500w的功率的,为啥呐,这个0.9的效率完全能量传递到次级,但是实际上并不是这样啊,初级的谐振回路里面还有一个激励电流的存在,这个激励电流的大小受到K值的限制,而作为一款没有PFC的电源,K值一半取的比较小,只有3左右,有PFC的一般可以到6或者10.正是因为这个激励电流的存在,导致有一部分能量一直在初级里面循环,并没有传递到次级去,所以在刚刚计算的参数里面并没有包含这部分的能量,那么需要加大谐振电容的容量,减小谐振电感来减低同等功率下谐振电容的最大电压,但是不是把谐振电容搞的非常大,那些谐振电感会很小,加上K值很小,变压器的电感量也会非常小,变压器谐振的气息会非常的大,结果是变压器热的完全没法接受,我们应该做的是在满足输出的前提下,尽量的提高谐振电感量和变压器的电感,减小气息。所以加大谐振电容的值相对比较关键,那么对于无P的我的经验值就是在1.5倍,对于有pfc的就是在1.2倍左右,加大的电容就是为了弥补那个激励电流。那么加大1.5倍以后,谐振电容的容量C=111*1.5=166nf左右了,我们的线路是采用2个电容,那么考虑电容发热平衡最好就是2个一样的电容,在考虑电容实际的值,最靠近的容量就是82nf一颗,2颗164nf,这个看起来比较合适,对应的谐振电感,计算出来L=24uh左右。
实际在几年前叫朋友就写了个网页版的小软件,计算器,可以非常快速的计算,使用方法很简单请自行摸索,或者看直播的回放这里不再叙述
网页计算器:东儿LLC计算器(点击前面下载)
③:我们刚计算出来了大致的谐振参数,C=164nf,L=24uh,K=3。主变压器的电感量就等于72uh。下一步就是变比的计算了,这是半桥LLC,母线最低250V,输出24V,加上二极管的压降0.6V,输出24.6,PWM的驱动里面是有个死区时间就算母线到变压器有效传输能力为0.9,那么250*0.9/2就是变压器一半的电压=112.5V,输出24.6V,那么变比N=112.5/24.6=4.57左右,那么有网友会问,K值不是只取了3,有一定的增益在里面,你为啥不计算进去,因为我们按最低250v的直流计算的,实际呐,你不可能240v直流输入那个输出就开始掉电压,或者说频率非常接近谐振频率(最低频率就是在谐振频率附近),那么环路在动态的时候一点余量都没有,所以现在这个参数计算出来,实际满载工作的时候会比谐振点高一点,就是为了输入电压的余量和环路的余量考虑的,那么实际你把变比在加大一点,比如5吧,实际效率影响不是很大,但是牺牲了输入电压范围和动态我感觉划不来,,,,,
④:得到了理论值以后,就可以通过其他手段,比如我喜欢用的LT仿真软件,或者那个math的公式计算,看看在仿真条件下和理论计算的参数差别有多大,从而最终确定一个比较合适的值,特么就是个K值啊,他关系到多少负载下,pwm进入连续模式,仿真是个好东西,真香
⑤:关于变压器的电流计算,简单是就是比如变压器原边,输出功率500w,输入最低250v,一半就是125V,500W/125V=4A,实际上还有效率损失啊,激励电流在里面那就加个2a吧,大于初级电流就是6A。
对于次级电流,我们24v 500w,也就是在输出21A,那么2个绕组,一个一半就按10.5A,非常快速的计算。这是粗略的,但是我觉得就可以了为什么,第一比如6a的电流用多粗的线,绕多少圈是需要看变压器,还有绕制的工艺,你是要一层还是2层,这个都会决定你最后用多粗的线,这个过程非常纠结需要中和各种参数来这种选取。第二因为不管你用的线是粗还是细,最后都是体现到发热上,而变压器的发热,线包的发热和变压器的气息有分不开,绕的圈数有影响气息大小,所以电流本身对造成的发热影响比例会减低很多!
那么实际上我们最好的就是调整变压器的磁环线包差不多热,不要线包比那个磁芯高了几十度,或者磁芯比线包高了几十度,这个和整个电源的散热是有关系的,我们要根据样机实测,如果是线包比磁芯热很多,那么可以减低圈数,把变压器的B值提高一点,同时变压器的气息会小一点。如果是磁芯比线包热很多,就是圈数不够的代表。我们需要加圈数
对于谐振电感就比较玄学了,那个发热和磁芯结构,线包绕制方式,材质都有比较大大影响,对于一般10uh以上的我建议谐振电感选用高频特性好一些,导磁率低一些,AE值大一点的磁芯作为谐振电感的磁芯,比如pq,rm,eq,eqi,和我现在用的那个cq型磁芯,对于什么er,ee,ei那种我不是很建议采用,那个中柱发热比较厉害。对于只有几个uh,比如3kw的llc,谐振电感只有4-5uh,那么可能需要考虑采用-2材质的黑白灰作为谐振电感,甚至2个电感串联等,这个看实际。同时对于像3kw这样的llc,可以考虑主变压器外并一个激励电感,把激励电流分摊出来,对主变压器尽量的减热量的发生,功率大了,变压器的散热问题很严重,,特么是谐振类拓扑,气息比较大的时候,那个很难受,有机会自己体验吧,,,,,,
⑥:以上观点仅仅是我个人的方法和见解,仅供参考,不接受差评