开关电源设计LLC
【开关电源设计】浅谈LLC
要了解LLC,就要先了解软开关。
对于普通的拓扑而言，在开关管开关时，MOSFET 的D-S间的电压与电流产生交叠，因此产生开关损耗。
如图所示：
l c 蠡
－
员01 。
关开耗f 盲臼关断损耗t 爹为了减小开关时的交叠，人们提出了零电流开关(zcs)和零电压开关(ZVS)两种软开关的方法。
一：使开关管的电流在开通时保持在零，在关断前使电流降到零。
1111l.：使开关管的电压在开通前降到零在关断时保持为零。
勹I I I I V I c e 1 I ！ t 伽。
v b e t
I
1 关断损耗＝0I t 关断V c e。
「plos I I I I I I | I I l
N 1开通损耗＝01 匕
，d . 关断损耗
I V A 开通火断孛电压开通。
孛电流关断最早的软开关技术是采用有损缓冲电路来实现。
从能量的角度来看，它是将开关损耗转移到缓冲电路中消耗掉，从而改善开关管的工作条件。
这种方法对变换器的效率没有提高，甚至会使效率降低。
目前所研究的软开关技术不再采用有损缓冲电路，这种技
而谐振变换器又分为全
谐振变换器，准谐振变换器，零开关PWM变换器和零转换PWM变换器。
全谐振变换器的谐抹元件一直谐振工作，而准谐振变换器的谐振元件只参与能量变换的某一个阶段，不。
llc电源设计步骤
llc电源设计步骤LLC电源设计是一种常见的开关电源设计，其拥有高效率、高稳定性、低噪音等特点，被广泛应用于电子设备中。
下面将介绍LLC电源设计的主要步骤。
第一步：需求分析和规划在进行LLC电源设计之前，首先需要明确电源的需求和规划。
确定输入电压范围、输出电压、输出功率、工作环境温度等关键参数。
同时，也需要根据具体应用场景，确定电源的可靠性、效率和尺寸等方面的要求。
第二步：功率级拓扑选择根据电源的需求和规划，选择合适的功率级拓扑。
LLC电源通常采用半桥或全桥拓扑，具有输出电压变换比大、负载适应性好、并联容性强等特点。
根据具体情况，选择合适的拓扑结构。
第三步：元器件选择根据所选择的功率级拓扑，选择合适的元器件。
主要包括MOSFET、二极管、开关电容、谐振电感、输出电感等。
选择合适的元器件需要考虑功率损耗、电流容量、耐压能力、频率响应等因素。
第四步：回路设计在选定元器件之后，进行回路设计。
LLC电源具有LC谐振电路，使用频率高且工作方式复杂，因此需要对电路进行详细设计。
主要包括：控制IC的选型与配置、谐振电感和谐振电容的设计、复杂的反馈控制电路的设计等。
第五步：元器件布局和散热设计在进行LLC电源设计时，还需要考虑元器件的布局和散热设计。
元器件布局的合理性可以减少电路的干扰和损耗，散热设计可以确保元器件在高功率工作时的温度不超过允许值。
第六步：模拟仿真和电路原型制作在设计完成之后，进行模拟仿真，验证电路的稳定性和性能。
通过仿真可以得到电路的波形、频谱等数据，并对电路进行优化。
完成模拟仿真之后，根据实际需求制作电路的原型，并进行测试和调试。
第七步：电路优化和再次仿真根据电路原型的测试结果，对电路进行优化。
可以通过改变元器件参数、调整控制策略等方式来提升电路性能。
优化后，再次进行仿真，以验证优化效果。
第八步：批量生产和测试在电路设计稳定性和性能达到要求后，进行批量生产和测试。
在生产过程中，需要注意元器件的选用、布局的合理性以及制造过程中的细节，以确保最终产品的质量和性能。
LLC电路原理与设计
LLC电路原理与设计LLC电路被广泛应用在各种电源应用中，例如电视机、计算机、服务器和通信设备等。
其主要优点是高效率、低EMI、低谐波失真和宽输入输出电压范围。
这使得LLC电路成为一种理想的选择，用于满足高性能功率转换的需求。
LLC电路的基本原理是在开关转换器中使用谐振电压和电流来实现高效率的功率转换。
在LLC电路中，L1和L2是串联的电感，并与谐振电流振荡，增加了电路的整体效率。
变压器的一侧为L1和L2，另一侧为C电容。
电感和电容通过谐振频率进行振荡，使得电流和电压在相位上保持一致。
1.电感和电容的选择：电感和电容的选择对LLC电路的性能影响很大。
合适的电感和电容参数可以实现高效率和稳定的电源输出。
电感的选择要考虑电流冲击和谐振频率。
电容的选择要考虑电压稳定性和谐振频率。
2.桥式整流器设计：LLC电路的输入端通常包括桥式整流器，用于将交流电转换为直流电。
桥式整流器的设计应满足输入电压和负载要求。
3.控制器设计：LLC电路的控制器用于控制开关器件，以实现所需的输出电压和电流。
控制器的设计要考虑输入和输出电压范围、负载变化和开关频率等因素。
4.输出滤波器设计：LLC电路的输出端通常需要添加滤波器来减少输出电压的纹波和EMI噪声。
滤波器的设计需要考虑输出电流和频率要求。
5.输出调节设计：LLC电路的输出电压通常需要进行稳定调节，以适应负载变化和输入电压波动。
稳定调节电路的设计需要考虑稳态和动态响应性能。
总结：LLC电路是一种高效率功率转换和EMI滤波的拓扑结构。
其设计需要考虑电感和电容的选择、桥式整流器设计、控制器设计、输出滤波器设计和输出调节设计等因素。
通过合理的设计和参数选择，可以实现高性能和稳定的电源输出。
llc开关电源原理
llc开关电源原理LLC开关电源是一种常见的电源电路，其原理基于LLC谐振。
在这篇文章中，我们将详细介绍LLC开关电源的工作原理。
一、LLC开关电源的基本原理LLC开关电源是一种采用LLC谐振电路的高效率电源。
它由LLC谐振电路和开关电源控制电路两部分组成。
1.1 LLC谐振电路LLC谐振电路由电感L、电容C和电容C1组成，其中C1是一个电容分压器。
当输入电压施加在LLC谐振电路上时，电感L和电容C 形成谐振回路。
电感L在电压周期内存储能量，而电容C在电流周期内存储能量。
通过控制开关管的开关时间，可以实现能量的传输。
1.2 开关电源控制电路开关电源控制电路负责控制开关管的开关时间，以实现输出电压的稳定。
控制电路通常由反馈控制回路、比较器和PWM控制器组成。
反馈控制回路用于检测输出电压，比较器将检测到的输出电压与参考电压进行比较，PWM控制器根据比较结果生成合适的PWM信号，控制开关管的开关时间。
二、LLC开关电源的工作过程LLC开关电源的工作过程可以分为充电阶段、放电阶段和保持阶段。
2.1 充电阶段在充电阶段，当开关管导通时，输入电压施加在电感L上，电感L 开始储存能量。
与此同时，电容C1充电，以提供所需的电压给PWM控制器。
此时，C1也开始储存能量，以便在下一个周期传输。
2.2 放电阶段在放电阶段，当开关管关断时，电感L中储存的能量开始传输到输出端。
电感L和电容C形成谐振回路，电感L释放能量，电容C储存能量。
通过合理选择电感L和电容C的参数，可以实现高效的能量传输。
2.3 保持阶段在保持阶段，当输出电压达到设定值时，反馈控制回路会将检测到的输出电压与参考电压进行比较。
根据比较结果，PWM控制器会调整开关管的开关时间，以使输出电压保持稳定。
三、LLC开关电源的特点LLC开关电源具有以下几个特点：3.1 高效率由于LLC开关电源采用了谐振电路，能量传输更加高效。
谐振电路能够使开关管的开关损耗降低，从而提高整体的能量转换效率。
llc谐振开关电源电路原理
llc谐振开关电源电路原理LLC谐振开关电源电路原理LLC谐振开关电源电路是一种高效、低噪声的电源设计方案，广泛应用于各种电子设备中。
本文将介绍LLC谐振开关电源电路的工作原理及其优势。
一、LLC谐振开关电源电路的基本原理LLC谐振开关电源电路由LLC谐振网络和开关电源组成。
LLC谐振网络由电感L、电容C和电感L2构成，以及谐振电容C1和电感L1。
开关电源由开关管和变压器组成。
在工作过程中，LLC谐振开关电源电路首先通过变压器将输入电压变换为所需的输出电压。
然后，开关管控制开关频率和占空比，将电能传递到输出负载上。
通过LLC谐振网络的谐振作用，实现电能的高效转换和传输。
二、LLC谐振开关电源电路的工作过程LLC谐振开关电源电路的工作过程可分为两个阶段：开关阶段和谐振阶段。
1. 开关阶段：在开关阶段，开关管导通，输入电源将电能传输到变压器的一侧。
同时，电容C1通过电感L1充电。
当开关管关闭时，电容C1通过电感L1和电感L2的共振，将电能传输到输出负载上。
2. 谐振阶段：在谐振阶段，开关管关闭，电感L1和电感L2之间的电能开始谐振。
谐振电压和电流在电感L和电容C的共振作用下，形成高频交流信号。
通过调节电感L和电容C的数值，可以实现输出电压和电流的稳定控制。
三、LLC谐振开关电源电路的优势LLC谐振开关电源电路相比传统的开关电源具有以下优势：1. 高效性：LLC谐振开关电源电路利用谐振网络的特性，实现了高效率的能量转换和传输，显著提高了能源利用率。
2. 低噪声：由于谐振频率高于人耳可听到的范围，LLC谐振开关电源电路工作时产生的噪声较低，有利于提高电子设备的使用体验。
3. 宽输入电压范围：LLC谐振开关电源电路的谐振网络可以适应宽范围的输入电压变化，提供稳定的输出电压，适用于各种电源输入条件。
4. 稳定性好：LLC谐振开关电源电路具有较好的稳定性和抗干扰能力，能够有效应对电网波动和负载变化等外部干扰。
开关电源设计 LLC
已知量
令Q=0
|
G
min
|=
(1 +
k *(x)2 k ) * ( x)2
−1
只有x是未知量
结果
f min =
fr 1+ k(1− 1 )
G2 max
f max =
fr 1+ k(1− 1 )
G min
Q = 0.95Q max =
0.95
*
k+
G2 max
k *G max
G max 2 −1
Ls
ZVS区域2的波形
f<fr 开关频率小于谐振频率 上管开通前电流由S-D流通
ZCS区域的波形
0
f<fr2 开关频率小于谐振频率 上管开通前电流由D-S流通
电流由DS流过Q2 体二极管
LLC的设计方法
已知的条件
1. 输入电压范围 2. 输出电压、电流 3. 确定需要的谐振频率 4. 额定输入、输出满载时电源工作在fr附近
2
*
Irms
_
Max
*
1
2πfrCr
=
420 2
+
IOCP
2πfrCr
实际计算步骤
4.5 输出电容的电流有效值(f=fr,24V输出)
ICo _ Rms = ⎜⎛ πIo ⎟⎞2 − Io2 = π 2 − 8 Io = 2.32 A
⎝2 2⎠
8
实际计算步骤
5. 选择器件和变压器设计 MOSFET: 满足20％裕量,电压500V，电流从发热和Coss考虑(保证
LLC设计步骤
¾LLC的基本原理 ¾LLC的设计方法 ¾LLC的几个问题
LLC的基本原理
半桥llc开关电源设计
半桥llc开关电源设计
半桥 LLC 开关电源设计
半桥 LLC 开关电源设计是一种常见的电源设计方案，广泛应用于许多电子设备。
在这种设计中，使用了半桥拓扑结构和 LLC 调制技术来提供高效率和稳定的能量转换。
半桥拓扑结构是一种将电源输入直流电压转换为高频交流电压的电路。
通过使用半桥拓扑结构，可以实现较高的转换效率和较低的功率损耗。
该设计方案通常包括两个功率开关，一个电容和一个变压器。
其中，两个功率开关相互补偿，可实现零电压开关和零电流开关，从而减少开关损耗。
LLC 调制技术是一种通过调整电感、电容和变压器等元件的参数来实现高效率能量转换的技术。
这种技术可以减少开关功率损耗，并提供高效率和较低的输出波纹。
LLC 调制技术还具有较好的瞬态响应和较低的 EMI（电磁干扰）特性，使得半桥 LLC 开关电源设计在电子设备中得到广泛应用。
在半桥 LLC 开关电源设计中，还需要考虑输入电压范围、输出功率需求和稳定性要求等因素。
通过合理选择元件参数、控制方法和保护电路，可以实现满足这些需求的设计。
此外，还需要对瞬态响应、效率和可靠性等方面进行充分考虑，以确保设计的性能和可靠性。
总之，半桥 LLC 开关电源设计是一种高效、稳定的电源设计方案，适用于各种电子设备。
通过充分考虑各种因素和采用合适的控制技术，可以实现满足需求的设计。
在实际应用中，还需根据具体情况进行适当调整和优化，以提高设计的性能和可靠性。
全桥llc开关电源原理
全桥llc开关电源原理
全桥LLC开关电源是一种高效率、高性能的电源拓扑结构，常用于工业电子、通信设备和电源适配器等领域。
全桥LLC开关电源的原理可以从多个角度来解释。
首先，从电路结构来看，全桥LLC开关电源由LLC谐振变换器和全桥变换器两部分组成。
LLC谐振变换器由电感L、电容C和电阻R组成，通过谐振实现零电压开关(ZVS)和零电流开关(ZCS)，从而减小开关损耗，提高效率。
全桥变换器由四个功率开关管组成，可以实现双向开关控制，从而实现输出电压的调节和控制。
其次，从工作原理来看，全桥LLC开关电源在工作时，首先通过LLC谐振变换器将输入电压进行谐振变换，降低电压的峰值和开关损耗，然后通过全桥变换器进行电压变换和输出控制。
在整个工作过程中，LLC谐振变换器的谐振特性使得电路在开关过程中产生的电压和电流波形更加柔和，减小了电磁干扰和损耗，提高了电源的稳定性和可靠性。
另外，从性能特点来看，全桥LLC开关电源具有高效率、高功率密度、低电磁干扰等优点。
由于谐振特性的引入，使得电源在高
频率下工作时仍能保持较高的效率，同时减小了体积和重量，适合于要求功率密度高的场合。
另外，全桥结构的双向控制使得电源输出电压范围更加灵活，适用于不同的应用场景。
总的来说，全桥LLC开关电源通过LLC谐振变换器和全桥变换器的组合实现了高效率、高性能的电源转换，具有较好的稳定性和可靠性，适用于多种工业和通信设备领域。
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1.62
f max =
fr
=
100
= 108.5KHz
1+ k(1− 1 ) 1+ 3(1− 1 )
G min
0.952
实际计算步骤
Cr
=
2π
*
fr
1 * RAC
*Q
=
2π
1 *100 *106.5 * 0.426
=
35nF
Ls
=
Q * RAC
2πfr
=
0.426 *106.5
2π *100
=
72uH
高压时ZVS) Cr: 满足RMS电流的要求，电压为计算值1.5倍左右 Co:满足RMS电流要求 D: 电压满足20％裕量;电流考虑到不平衡,取40％裕量，其余从发热考虑
变压器实际变比
nreal = n * Lr + Lp = n * k +1 = 8.1* 3 +1 = 9.35
Lp
k
3
实际计算步骤
初级加3.6mm,次级不加3.6mm档墙 Lm=700uH,Ls=146uH 初级、次级都加3.6mm档墙 Lm=700uH,Ls=160uH
ZVS的实现需要驱动信号来时有 电流从S到D流通,LLC可以实现
LLC的架构
LLC 两个谐振频率
k = Lp Ls
fr = 1
2π LsCr
fr2 =
2π
1
(Ls + Lp)Cr
LLC的详细工作过程
Acrobat Document
输入FHA等效电路
Ir
∑ Vs
=
Vin 2
+2ຫໍສະໝຸດ πVinn=1,3,5...
ZVS区域2的波形
f<fr 开关频率小于谐振频率 上管开通前电流由S-D流通
ZCS区域的波形
0
f<fr2 开关频率小于谐振频率 上管开通前电流由D-S流通
电流由DS流过Q2 体二极管
LLC的设计方法
已知的条件
1. 输入电压范围 2. 输出电压、电流 3. 确定需要的谐振频率 4. 额定输入、输出满载时电源工作在fr附近
LLC设计步骤
¾LLC的基本原理 ¾LLC的设计方法 ¾LLC的几个问题
LLC的基本原理
MOSFET适合零电压开关
1 2
CVD2S
+
开通损耗
MOSFET适合零电压开关
关断损耗
MOSFET的零电压开关
VDS
VGS
MOSFET开通前,其Vds电压已 经为零,则为零电压开通(ZVS)
ir
关断损耗避免不了
+
j[x −
1 x
+ 1+
xk x2k 2Q2 ]}
x= f fr
k = Lp Ls
Q = 2πfrLr
RAC
LLC的输入阻抗
Zin = 1 + sLr + (sLp || Rac) sCr
ZVS的条件:电流落后于电压， 即Zin为感性－－频率增加，阻 抗增加
ϕ
电压 电流 波形 波形 Ø 相位差Ø为0是感性 容性的分界线
核算Im>Ip， 不满足重选Q
归一化的计算步骤
1. 确定输入输出指标 2. 选择谐振频率和选择操作区域 3. 计算变压器变比和谐振元件值 4. 计算功率器件电压电流应力 5. 选择器件和变压器设计
实际计算步骤
1. 输入输出指标 输入电压范围： VinMin=250V, VinMax=420V 额定输入电压：VinNom=400VDC 输出电压电流（最大值）：24V/10A, 12V/4A 输出功率：Po=24×10＋12×4＝288W
| G max |=
k *(x)2
{(1+ k) *(x)2 −1}2 +{Q * k * (x) *[(x)2 −1]}2
已知量
代换为x
只有x是未知量
解求各参数
由最高输入电压时的增益(Gmin)和空载条件 (Q=0)求解最高工作频率
| G min |=
k *(x)2
{(1+ k) *(x)2 −1}2 +{Qk(x) *[(x)2 −1]}2
3.4 取k＝3 3.5 计算Q,fmin,fmax,Ls,Lp,Cr
Q=
0.95
*
k+
G2 max
= 0.95 * 3 + 1.62
= 0.426
k *G max
G max2 −1 3*1.6
1.62 −1
f min =
fr
=
1+ k(1− 1 )
G2 max
100
= 59.5KHz
1+ 3(1− 1 )
VinMax
420
G max = 2n * (Vo +Vd ) = 2*8.1* (24 + 0.7) = 1.6
VinMin
250
3.3 计算等效为24V输出的负载电阻和反射电阻
RL = VO2 = 242 = 2Ω PO 288
RAC
=
n2
8
π2
RL
=
8.12
8
*π 2
*2
= 106.5
实际计算步骤
已知量
令Q=0
|
G
min
|=
(1 +
k *(x)2 k ) * ( x)2
−1
只有x是未知量
结果
f min =
fr 1+ k(1− 1 )
G2 max
f max =
fr 1+ k(1− 1 )
G min
Q = 0.95Q max =
0.95
*
k+
G2 max
k *G max
G max 2 −1
Ls
LLC变压器电路模型
a为理论变比,n 为实际变比
由于fr时的增益>1,实际变比比理论变比大才能得到理论电压
LLC变压器漏感的调整
增加初次级的距离增加了漏感
一个变压器实测结果
初次级都不加3.6mm档墙 Lm=680uH,Ls=123uH 在次级加3.6mm档墙 Lm=680uH,Ls=140uH
k *(x)2
{(1+ k) *(x)2 −1}2 +{Qk(x) *[(x)2 −1]}2
已知量
仍有Q, x 为未知量，需要新的条件才 能解出Q值，从而确定Cr, Lr, Lm
从阻抗想办法
LLC的阻抗特性
Zin
Zin = 1 + sLr + (sLp // Rac) sCr
=
x2k 2 Zo *{Q *1+ x2k 2Q2
Gmax
Q = 2πfrLs
RAC
Q对初级电流的影响
Q ↓⇒ Ls ↓⇒ Lp = k * Ls ↓⇒ Lm = (Ls + Lp) ↓⇒ ILP ↑
Irms = VO 8nRL
2n
4
R2 L
L2 m
fr 2
+ 8π 2
↑⇒ η
↓
K值固定后，在保证ZVS的 条件下尽量选用大的Q值
k
再看变量
| G max |=
1 n
sin(2nπfswt)
Vs1
=
2
π
Vin
sin(
2πfst
)
输出FHA等效电路 Vr1 Ir1
Vr1 = 4 Vo sin(2πfst −ϕR) π
Ir1 = IR1sin(2πfst − ϕR)
Vr1, Ir1同相,所以阻抗为电阻
∫ Io = 2 Ts/2 IR1| sin(2πfst − ϕR) | dt = 2 IR1
2. 选择谐振频率和工作区域 谐振频率fr=100KHz 额定输入输出时电源工作在fr
3. 计算变压器变比和谐振元件值
3.1 理论变比
VinNom
400
n = 2 = 2 = 8.1 Vo + VD 24 + 0.7
实际计算步骤
3.2 最高、最低输入电压的增益
G min = 2n * (Vo +Vd ) = 2*8.1* (24 + 0.7) = 0.952
2
*
Irms
_
Max
*
1
2πfrCr
=
420 2
+
IOCP
2πfrCr
实际计算步骤
4.5 输出电容的电流有效值(f=fr,24V输出)
ICo _ Rms = ⎜⎛ πIo ⎟⎞2 − Io2 = π 2 − 8 Io = 2.32 A
⎝2 2⎠
8
实际计算步骤
5. 选择器件和变压器设计 MOSFET: 满足20％裕量,电压500V，电流从发热和Coss考虑(保证
π
4n
π
|
G
|=
nVo Vin
=
n VP 4n
π
VS1
=
VP VS1
24
=
sLp // Rac
1/ sCr + sLr + (sLp // Rac)
LLC的稳压原理
输入或负载变化时引起 Vp变化
通过改变频率使1/sCr+sLr的 分压相应改变，最终维持负载 电压不变,即Vp不变
k = Lp Ls
x = f Q = 2πfrLs
Irms _ Mos = Irms = 1.6 = 1.13A 22
PConduct
_
loss
=
Irms