与传统的脉宽调制 (PWM) 电源转换器不同,谐振转换器的输出电压通过频率调制进行调节。因此,谐振转换器的设计方法将不同于 PWM 转换器。
在各种谐振转换器中,图 1 中的 LLC 串联谐振转换器 (LLC-SRC) 因其更好的输出调节、更低的循环电流和更低的电路成本而备受关注。
图 1:具有交流输入/输出电压的 LLC-SRC
串联谐振特性允许 DC/DC LLC-SRC 中的开关网络(如图 2 所示)具有非常宽的零电压开关 (ZVS) 区域;因此,LLC-SRC 可以在前端电源应用中轻松实现超过 94% 的效率并在高开关频率下运行。
图 2:LLC 谐振半桥转换器
与 PWM 转换器的设计过程类似,设计 LLC-SRC 的第一步是选择满载时所需的工作频率。其余步骤不同,因为谐振转换器中没有占空比因数。LLC-SRC 中的占空比保持不变,理想情况下为 50%。图 3 显示了“设计 LLC 谐振半桥电源转换器”的 LLC-SRC 设计流程图。
图 3:LLC 谐振半桥转换器设计流程图
请注意,M g是直流电压增益,L n是 L m和 L r的比值,品质因数定义为公式 1:
此外, f n是归一化频率,定义为 f n = f sw /f o,其中
M g /Q e和 M g /f n图表中的增益曲线均源自图 1 所示的 LLC 谐振回路,它也是 LLC 谐振半桥转换器的线性化电路。
图 3 提供了一个 LLC 谐振半桥转换器的简单电路参数选择过程。通过检查的F转速存取,F N_MAX的增益曲线的位置,你将能够与ZVS交换网络中所有输入条件下,设计出高效率的LLC谐振半桥转换器。
在设计 LLC 谐振半桥转换器时,请记住:
- f n_min需要始终高于 M g /f n图表中增益曲线的脊线。这是为了确保 MOSFET 保持 ZVS。
- LLC-SRC 效率只能在一个操作点进行优化。当f sw = f o 时,串联L r和C r变为零阻抗(图4);此时转换器的效率最高。您需要决定要优化的线路/负载条件,并确保您的开关频率在该条件下处于谐振频率。
图 4:当 f sw = f o时,LLC-SRC 具有交流输入/输出电压