毕业设计(550W LLC变压器设计)
LLC变换器中的变压器设计
LLC变换器中的变压器设计LLC变换器（LLC Converter）是一种用于高效电源转换的拓扑结构，具有高效能、高功率密度和高可靠性的特点。
其中，变压器设计是LLC变换器中非常重要的一环，对于整个系统的性能和效率具有至关重要的影响。
下面将详细介绍LLC变换器中的变压器设计。
一、变压器设计的基本原则1.设计目标：在LLC变换器中，变压器设计的目标是实现高效能的能量传输，同时满足负载要求。
2.降低电磁干扰：变压器设计要注意减少电磁干扰，包括噪声和震荡。
为此，采用合适的磁芯材料和布局设计是必要的。
3.保证热稳定性：变压器设计要考虑各部分的热稳定性，包括绕组和磁芯，并确保设计在正常工作条件下的温度不超过规定的限制。
4.合理选择线材和绝缘材料：选择合适的线材和绝缘材料以满足工作条件和功耗要求。
二、变压器设计的具体步骤1.确定参数：在开始设计之前，需要确定一些必要的参数，包括输入和输出电压，输出功率，工频和开关频率等。
2.计算变压器的变比：根据输入和输出电压，计算变压器的变比，变比决定了输出电压与输入电压的转换效率。
3.计算变压器的功率：根据输入功率和变比，计算变压器的功率，以确保变压器能够承担相应的功率。
4.计算主要参数：计算变压器的主要参数，包括绕组电阻、绕组电感、磁芯面积、绕组数目等。
5.选择合适的磁芯材料：根据计算的参数和要求，选择合适的磁芯材料，主要考虑磁导率、饱和磁感应强度和损耗等。
6.绕组设计：根据计算的参数和要求，设计变压器的绕组，包括匝数、线径、线材选择等。
7.模拟仿真和优化：使用电磁场仿真软件进行模拟仿真，验证设计参数和性能，例如磁场分布、磁芯损耗、电流分布等。
根据仿真结果进行优化。
8.电磁兼容（EMC）设计：考虑到LLC变换器中的电磁干扰问题，采取一些措施进行电磁兼容（EMC）设计，如地线和屏蔽设计，以减少外部电磁干扰或减少内部电磁干扰。
9.热稳定性设计：根据设计参数和需求进行热稳定性设计，包括散热设置和绝缘材料选择等。
LLC谐振变换器的设计
LLC谐振变换器的设计一、本文概述本文旨在深入探讨LLC谐振变换器的设计原理、方法及其在实际应用中的优化策略。
LLC谐振变换器作为一种高效、稳定的电力电子转换设备，广泛应用于电力系统中，尤其在高压直流输电、分布式能源系统和电动车充电等领域具有显著优势。
本文将首先概述LLC谐振变换器的基本原理，包括其工作原理、主要特性以及与传统变换器的比较。
接下来，本文将详细介绍LLC谐振变换器的设计过程，包括关键参数的选取、电路拓扑的选择、控制策略的制定等。
在此基础上，文章将分析设计过程中可能遇到的问题，如谐振频率的选择、磁性元件的优化、热设计等，并提出相应的解决方案。
本文还将关注LLC谐振变换器的性能优化问题。
通过对变换器效率、动态响应、稳定性等关键性能指标的分析，探讨如何通过改进电路设计、优化控制策略、提升制造工艺等手段，实现LLC谐振变换器性能的提升。
本文将总结LLC谐振变换器的设计要点和实际应用中的挑战，为相关领域的研究人员和工程师提供参考和指导。
本文希望通过系统性的分析和深入的讨论，推动LLC谐振变换器技术的发展和应用范围的拓展。
二、LLC谐振变换器的基本原理LLC谐振变换器是一种结合了串联谐振和并联谐振特性的高效电力转换设备。
它的工作原理主要基于谐振现象，通过在特定的频率下激发电路中的电感和电容形成谐振，从而实现能量的高效传输和转换。
LLC谐振变换器主要由输入滤波电容、谐振电感、谐振电容、变压器以及整流滤波电路等部分组成。
在正常工作状态下，变换器通过控制开关管的开关状态，使谐振电感和谐振电容形成串联谐振，从而实现输入电压到输出电压的转换。
同时，由于谐振电容的存在，变换器在轻载或空载时，谐振电容与变压器漏感形成并联谐振，使得变换器具有软开关的特性，减小了开关损耗，提高了整体效率。
LLC谐振变换器的设计关键在于谐振频率的选择和控制。
谐振频率的确定需要考虑电路参数、开关管的特性以及输入和输出电压的需求。
通过合理的设计和优化，可以实现变换器在宽负载范围内的高效运行。
LLC变压器设计
LLC变压器设计
分类：技术
现在照明电源用LLC的方案很多，往往在设计LLC集成变压器的时候不是很好调到需要的漏电感量。
最近帮客户做了几款LLC集成变压器，就漏电感量和电感量的调节谈谈自己的看法。
首先，LLC的励磁电感量一般是漏电感量的3到7倍，通常要求漏感值较大。
因此在选择变压器骨架的时候一般是选两槽或以上的，这样可以减少耦合度。
同时另一个好处是绝缘比较好处理。
通常此类变压器都有绝缘隔离要求，两槽以上的骨架的安规距离好处理。
笔者做的一款变压器用的是3个槽的，初级分布在两个小槽内，通过调整不同的不同槽的圈数可以微调漏电感。
其次，从漏感的原理看，圈数越多漏感越大，漏感一般与圈数平方成正比。
如果没好方法空间又允许的话就调圈数来达到要求。
励磁电感是可通过调气息来调整的，比较好实现。
再次，可选磁路较长的骨架来做。
笔者试过一个，漏感量能达到电感量一般以上（磁芯无气息）。
这是由于该骨架绕线槽很宽，绕线槽的高度很小，绕完线后初次级靠近的面很小，因而漏感很大。
最后，圈数和结构定了，线径也会影响漏感，为什么呢？线径粗点，绕组占的空间越多，初次级的相对位置越多，漏感越小。
LLC谐振变换器的高频变压器设计
1 10152.55 104 1 0.125 ) 0.15 15.7 103 403 4 0.32208 154 （cm 4）
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高频变压器其他相关参数的计算
(1) 变压器原边侧绕组匝数 NP 及有关参数
由于变压器原边侧采用半桥转换电路，则
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2012 年中国电机工程学会直流输电与电力电子专委会学术年会论文集
2012 年中国电机工程学会直流输电与电力电子专委会学术年会论文集
LLC 谐振变换器的高频变压器设计
赵慧超，张青利，刘昌，颜湘武
（华北电力大学电气与电子工程学院，保定，071000）
摘要：LLC 半桥谐振变换器以其高效率、高功率密度等优点成为研究的热门拓扑。合理选择其参数是实现
变换器高工作效率， 优良软开关特性的前提和保证。 高频变压器既是 LLC 半桥谐振变换器的核心组件之一， 同时又是 LLC 半桥谐振变换器的主要发热源和体积重量的主要占有者。因此，针对高频变压器的优化设计 也是对 LLC 半桥谐振变换器的优化设计。 采用 AP 法针对 5kW 高频变压器进行理论计算与设计， 并进行了 优化，详细阐述了高频变压器的设计与制作方法。
LLC谐振变压器设计(参考Fairchild原理)
LLC谐振腔之元项目符号单位输入额定电压(PFC级）V in-nor V400输入电压最小值V in-min V353.266859输入电压最大值V in-max V420 PFC 输出端的直流环节电容C DL uF150保持时间要求T HU ms17主要输出额定电压V o1V42主要输出电流额定值I o1A 3.5次要输出额定电压V o2V0次要输出电流额定值I o2A0 VCC电压V cc V18 VCC电流额定值I cc A0.03次级输出整流管的压降V F V0.9选择Q值Q0.44设定谐振频率f0kHz100预估效率η0.95设定K值K7额定输出功率Po W147.54计算最大输入功率P in-max W155.3052632最小电压增益G min 1.142857143最大电压增益G max 1.358746194计算变压器匝比（桥式整流）n b 5.479452055计算等效负载阻抗（桥式整流）R acbΩ290.9734213计算谐振电容（桥式整流）C rb nF12.43123115计算谐振电感（桥式整流）L rb uH203.76338计算变压器原边电感（桥式整流）L pb uH 869.3904214计算变压器匝比（中心抽头）n c 5.594405594计算等效负载阻抗（中心抽头）R acc Ω303.3101593计算谐振电容（中心抽头）C rc nF 11.92560733计算谐振电感（中心抽头）L rc uH 212.4025727计算变压器原边电感（中心抽头）L pcuH 906.2509767所选变压器磁芯的规格参数变压器磁芯的横截面积A e mm 2107设定磁通密度的最大摆幅ΔB 0.25正常转换比率M nor 0.105等效匝比аа 4.761904762最大转换比率M max 0.118890292计算最小输入电压和最大的负载时的最大Q值Q max10.428690884选择一合适的Q值Q s 0.385821795最小的归一化频率X min 0.659126378最小频率f s min KHz65.91263777计算变压器初级的最小匝数（桥式整流）N pb min Ts68.05950209计算变压器初级的最小匝数（中心抽头）N pc min Ts 69.48732382变压器原边砺磁电感（桥式整流）L mbuH 665.6270413变压器原边砺磁电感（中心抽头）L mcuH 693.848404计算谐振电容器均方根电流（桥式整流）I Crb RMS A 0.953738874正常工作中谐振电容的最大电压V crb maxV 382.6833557对于可组合线轴变压器，线圈数和绕线结构是决定Lr大小的主要因素，而可以轻松控制Lp然后，选择次级线圈数，保证初级线圈数大于变压器初级的最小匝数（即pb 或N pc =n b 或n c *N sb 或N sc ＞N pb m计算谐振电容器均方根电流（中心I Crc RMS A0.9341415抽头）正常工作中谐振电容的最大电压V crc max V386.3060835腔之元件设计公式公式V in-min=(V in-nor^2-2*P in-max*T HU*10^-3/(C DL*10^-6))^0.5V in-max=V in-nor*(1+5％)在最小输入电压V in-min下的最大电压增益G max的基础上考虑10％的余量（即1.1*M max),然后根据所选定的K值，从图12的峰值增益曲线上得到Q值对于低压输出应用场合，Eff 一般取0.88~0.92；对于高压输出应用场合，Eff 一般取0.92~0.96一般，K 取5~10P o=V o1*I o1+V o2*I o2+V cc*I ccP in-max=P o/ηG min=(K+1)/KG max=(V in-max/V in-min)*G min考虑10％的余量=1.494620813n b=(V in-max/(2*(V o1+2*V F)))*G minR acb=(8*n b^2/3.1415926^2)*V o1^2/P oCr=1*10^9/(2*3.1415926*Q*f0*10^3*R acb)L rb=1/((2*3.1415926*f0)^2*C rb*10^-9)Lp=((K+1)^2/(2*K+1))*L rbn c=(V in-max/(2*(V o1+V F)))*G min (注：n c是相对于次级带中心抽头的整个绕组来说的）R acc=(8*n c^2/3.1415926^2)*V o1^2/PoCr=1*10^9/(2*3.1415926*Q*f0*10^3*R acc)L rc=1/((2*3.1415926*f0)^2*C rc*10^-9)Lp=((K+1)^2/(2*K+2))*LrcEER3541查表ΔB可以取0.25~0.3TM nor=V o1/V in-norа=1/(2*M nor)M max=V o1/V in-minQ max1=(1/K)*(1/(2*а*M max))*(((2*а*M max)^2/((2*a*M max)^2-1))+K)^0.5Q s=0.9*Q max1X min=(1/(1+K*(1-1/(2*a*M max)^(1+(Q s/Q max1)^4))))^0.5f s min=f0*XminN p min=n b*(V o1+2*V F)/(2*f s min*10^3*ΔB*A e)N p min=n c*(V o1+2*V F)/(2*f s min*10^3*ΔB*Ae)数（即N pb或N pc=n b或n c*N sb或N sc＞N pb min或N pc min）素，而变压器磁芯的气隙长度不会影响Lr 太多。
LLC变换器中的变压器设计
LLC变换器中的变压器设计LLC变换器是一种广泛应用于电源转换器和无线充电器等领域的拓扑结构，具有简单、高效和可靠等优点。
其中，变压器设计是LLC变换器设计中的重要一环。
本文将详细介绍LLC变换器中变压器的设计过程和关键考虑因素。
首先，根据系统的输入电压和输出电压确定变压器的变比。
变比的确定可以根据输入电压和输出电压之间的比值来选择。
例如，如果输入电压是48V，而输出电压是12V，那么变比为4:1其次，根据系统的功率需求确定变压器的额定功率。
额定功率是变压器在设计中需要满足的最低功率要求，同时也可以根据输出功率和转换效率来确定。
变压器的额定功率和变比可以决定变压器的电流和电压的大小。
然后，根据变压器的设计频率选择合适的磁芯材料。
磁芯材料的选择将直接影响到变压器的功率损耗和效率。
常见的磁芯材料有镍锌和钼锰等。
接下来，根据变压器的绕线方式确定绕线的匝数。
LLC变换器中的变压器通常由多个绕组组成，其中包括一个主绕组和一些辅助绕组。
主绕组用于耦合输入和输出端，而辅助绕组则用于降低主绕组中感应的泄漏磁通。
由于绕线方式将直接影响到变压器的工作效率和功率因数，因此需要仔细选择。
最后，根据设计需求选择合适的绝缘材料和绝缘结构。
在变压器设计中，需要将不同绕组之间以及绕组与芯片之间的绝缘进行良好的隔离，以确保系统的安全和可靠性。
总结来说，LLC变换器中变压器的设计是一个相对复杂且关键的过程。
在设计过程中，需要综合考虑输入电压、输出电压、功率需求、设计频率、磁芯材料、绕线方式以及绝缘材料等因素。
通过合理的设计和优化，可以实现LLC变换器的高效率和可靠性。
LLC变压器设计与计算
LLC变压器设计与计算
LLC变压器的设计原理是基于LLC谐振拓扑电路。
LLC谐振拓扑电路包括一个LLC谐振电容、一个LLC谐振电感和一个LLC谐振谐振电缆。
LLC谐振电容和LLC谐振电感之间通过LLC谐振电缆连接。
在工作时，LLC变压器的谐振频率通过LLC谐振电容和LLC谐振电感决定。
首先，选择LLC谐振电容。
选择LLC谐振电容的主要目标是使得谐振频率在设计要求范围内，并且损耗小。
LLC谐振电容的选择可以根据谐振频率的公式和电容的漏损电感来计算得到。
其次，选择LLC谐振电感。
选择LLC谐振电感的主要目标是使得谐振频率在设计范围内，并且磁化电流小。
LLC谐振电感的选择可以根据谐振频率的公式和磁化电感的计算公式来计算得到。
最后，选择LLC谐振谐振电缆。
选择LLC谐振谐振电缆的主要目标是使得电缆的电流容量、电压容量和损耗满足设计要求。
LLC谐振谐振电缆的选择可以根据电流、电压和电缆特性来计算得到。
需要注意的是，在LLC变压器的设计和计算过程中，还需要考虑到功率传输效率、热管理、尺寸和重量等因素。
这些因素在设计和计算过程中需要综合考虑，以使得LLC变压器满足设计要求。
总之，LLC变压器的设计和计算是一个综合考虑电气性能、功率传输效率和其他因素的过程。
通过合理的设计和计算，可以实现高效率的LLC 变压器的设计。
LLC变压器设计步骤与说明
LLC变压器设计步骤与说明1.设计目标确定：首先，需要确定LLC变压器的设计目标。
这包括输出电压、输出功率、输入电压范围、工作频率、效率要求等。
根据这些参数来确定变压器的额定参数，例如变压器的变比、铁芯截面积等。
2.计算输出电流：输出电流是设计变压器时必须要考虑的重要参数。
通过计算输出功率与输出电压的比值来确定输出电流的大小。
输出电流的大小决定了变压器铜线的横截面积，从而影响变压器的尺寸和成本。
3.计算变压器的变比：变压器的变比是通过计算输入电压和输出电压的比值来确定的。
变比决定了输入输出电压的转换关系，同时也影响了变压器的尺寸和效率。
通常情况下，变比会根据输出电压和输入电压的比值进行微调，以达到最佳的效率和性能。
4.计算铁芯的尺寸：铁芯是变压器的核心组成部分，其尺寸直接影响变压器的功率密度和效率。
通过计算输入功率和截面积的比值来确定铁芯的尺寸。
通常情况下，铁芯的截面积会根据变压器的功率需求进行微调，以达到最佳的性能和成本效益。
5.计算铜线的尺寸：铜线是负责输送电流的组成部分，其横截面积直接影响变压器的损耗和效率。
通过计算输出功率和输出电流的比值来确定铜线的尺寸。
为了减小导线的损耗和温升，通常会通过并联或者提高线材导电性来减小电流密度。
6.选用合适的电容器和电感器：7.优化设计参数：通过计算和模拟分析来优化LLC变压器的设计参数，包括变比、铁芯尺寸、铜线尺寸、电感器和电容器的参数等。
通过不断的调整和优化，达到最佳的效率和性能。
8.制造和组装：根据最终的设计参数，制造和组装LLC变压器，包括绕线、堆叠、连接等。
在制造和组装过程中，需要严格遵守相关的安全规范和标准，确保变压器的可靠性和安全性。
9.测试和调试：完成制造和组装后，进行测试和调试。
通过测量和分析输出电压波形、输入功率、温升等参数，验证变压器的性能和功耗是否满足设计要求。
在测试和调试过程中，需要采用合适的测试设备和方法，并根据发现的问题进行相应的修正和改进。
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毕业设计(LLC变压器部分)
一．变压器设计计算
1.输入输出参数
输入电压：400VDC（PFC输出电压）
输出电压：55VDC
输出电流：10A
开关频率：70KHz
2.变压器设计计算
1）变压器磁芯选择
变压器尺寸选择要满足在工作频率想，温升在允许范围内、输出功率的要求。
选择磁芯使用AP（面积乘积）计算方法，设原边匝数Np，副边Ns，Np匝上以电压V1工作时，根据法拉第定律：
V1=Kf*fs*Np*Bw*Ae
式中fs---开关工作频率（Hz）
Bw---工作磁通密度（T）
Ae---磁芯有效面积（m2）Kf---波形系数，有效值与平均值之比，方波时为4 整理得：
N P=V1/K f f s B W A e
铁芯窗口面积Aw乘上使用系数K0为有效面积，该面积为原边绕组N P占据的窗口面积N P Ap，与副边绕组Ns占据的窗口面积NsAs，之和，即
K0A W= N P Ap，+ NsAs，
式中K0---窗口使用系数（K0小于1）；
Ap，---原边绕组每匝所占用面积；
Aw---铁芯窗口面积；
As，---副边绕组每匝所占用面积。
每匝所占用面积与流过该匝的电流值Ⅰ和电流密度J有关，如下式所示：
Ap，=Ⅰ1/J
As，=Ⅰ2/J
根据上面整理得：
K0 Aw= V1/K f f s B W A e*(Ⅰ1/J)+ V2/K f f s B W A e*(Ⅰ2/J)
即 A w A e=(V1Ⅰ1+ V2Ⅰ1)/ K0 K f f s B W J （表达式1）
A w A e 即变压器窗口面积和铁芯截面的乘积。
V1Ⅰ1+ V2Ⅰ1为原边和副边功率。
上式表明
工作磁密Bw、开关工作频率f s、窗口面积使用系数K0、波形系数K f和电流密度J都影响到面积的乘积。
电流密度直接影响到变压器的温升，亦影响到A w A e，可表示为：
J=K j(A w A e)X A
式中K j---电流密度比例系数；
X---常数，由所用磁芯决定。
上面的表达式1又可表示为： A w A e=P T/ K0 K f f s B W K j(A w A e)X
整理得：AP=（P T104/ K0 K f f s B W K j）1/1+X
式中 AP---为Aw和Ae两面积的乘积（cm4）
P T---为V1Ⅰ1+ V2Ⅰ1变压器的视在功率（W）;
Bw---工作磁通密度（T）;
fs---开关工作频率（Hz）
从上式说明，磁芯的选择就是选择一合适的AP值，使它输送功率P T时，铜损和铁损引起的温升在温升之内。
变压器视在功率功率确定，P T=P i+P O= P O+ P O/ｈ= P O(1+1/ｈ)
从上面的输出参数可得 P O=55*10=550(W)
设变压器的效率为0.98可以求出P T=550（1+1/0.98）=1111.2（W）
AP公式中X系数的确定：按照变压器的铁损等于铜损，允许变压器的温升25℃查
得Kj=433.X=0.17
从以上数据可以求出AP=（P T104/ K0 K f f s B W K j）1/1+X
=（1111.2*104/0.4*4*63*103*0.15*433）1/1-0.17
=1.6972（cm4）
为了保证变压器在高温时能正常工作，防止变压器在高温时饱和，磁芯增加到1.5倍即AP=2.54 cm4
查磁芯AP值表EQ4220是2.5894 cm4
2.骨架的选择
按照磁芯配套选择，选用8+8的骨架
3.参数计算
1）理论变比计算
n为理论匝比
V IN NOM 为PFC输出电压
V O为输出电压
V D为输出高频整流二极管的管压降
前面在输入参数里面V O是55V，一般高频整理二极管的1.0V
所以 n=400/2*（55+1）=3.57
2）最高最低输入电压的增益
G MIN 最小增益，V INMAX为PFC最高电压
G MIN=2*3.57*（55+1）/400=0.9996
G MAN 最小增益, V INMIN为PFC最高电压,PFC输出电压不是稳恒直流电是一脉动直流电，一
般最低电压比最高电压低20V，所以取值380V
G MAN=2*3.57*（55+1）/380=0.9996=1.05
3）计算负载电阻和反射电阻
R L为负载电阻，Vo=55V, ⅠO=10A
所以R L=55/10=5.5（R）
R AC为反射电阻
R AC=8*3.572*5.5/3.142=56.88
4）取K值
一般K取值范围3-7可以接受，K值选大会增加频率范围，较小的K值可以减少频率范围，但是轻载效率较低，K值越小获得相同增益的变化范围越窄，K值越宽获得相同增益的变化范围越宽。
K值越大，开关管MOSFET附近的导通损耗和开关损耗越低，为了获得较好的环路调整，较高的效率，较低的纹波，以及轻载电压的稳定
取k=6
5）计算Q,f MIN, f MAX, L S, L P, L r
将K=6，G MAN=1.05代入上式得 Q=0.606
将K=6，G MAN=1.05,fr=70k代入上式得 f MIN=55.6KHz
将K=6，G MIN=0.9996代入上式得 f MAN=70KHz
将fr=70KHz，R AC=56.88，Q=0.606代入上式
得C r=65.19nF
将fr=70KHz, R AC=56.88代入上式得
Ls=79.37uH
Lr=Ls=79.37uH
所以 L P=6*79.37=476.26uH
由于实际选型时，电容规格组合一定，所以要选择合适的C r，再推算其他的参数。
Cr没有电容65nF电容，选用两个33nF电容并联，因为主电电流都经过Cr。
6）实际匝比
将n=3.57，Lr=79.37，Lp=476.26uH,代入上式
得n eal=3.878
7)初级最小匝数
将n eal=3.878，V O=55V，V O=0.7，=0.4(半桥变压器是双向激磁磁通密度的增量可以取单向激磁的2倍以下)，Ae=170cm4
计算得N P-MIN=27
8）次级匝数
N P=n*N S
N S= N P/n=27/3.878=6.96
实际取N S=7
9）初级电流有效值
将V o=55V,R L=5.5R,L m=Lp=476.26uH，fr=70KHz代入上式得
I rms=3.1(A)
10）初级绕组线径的计算
一般电流密度选3-10A/mm2
取电流密度为5A/ mm2
Dp初级线径
将I=3.1,J=4 代入上式得
Dp=0.994（mm）
考虑高频电流趋肤效应，电流集中在线的表面，选用多股漆包线，选用0.1mm的多股线，
N为并多股线的根数，d1为单股线径
计算得n=（0.994/0.1）*（0.994/0.1）=98（股）
考虑变压器绕行方法实际取90股，即2UEW φ0.1mm*90
11）次级绕组线径的计算
次级绕电流Is=Ip*n/2=3.1*3.878/2=6.01（A）
一般电流密度选3-10A/mm2
取电流密度为5A/ mm2
Dp初级线径
将I s=10,J=6代入上式得
Dp=1.13（mm）
考虑高频电流趋肤效应，电流集中在线的表面，选用多股漆包线，选用0.2mm的多股并绕，
N为并多股线的根数，d1为单股线径
计算得n=（1.13/0.2）*（1.13/0.2）=31.9（股）实际便于绕制取30
即2UEW φ0.2mm*30。