LLC变压器设计步骤与说明

LLC变压器设计步骤与说明
-------------夏建彬
已知条件：
一、输入电压范围：MIN
IN
V ,MAX
IN V 额定输入电压：NOM
IN V 输出电压电流（最大值）：0
0/I V 二、选择谐振频率和工作区域
谐振频率r
f 额定输入输出时电源工作在r
f 参数计算
1、理论变比
)
(*2200D IN D IN V V V V V V n NOM
NOM
+=+=
2、最高、最低输入电压的增益
MAX IN D MIN V V V n G )(*
*20+=MIN
IN D MAX V V V n G )(*
*20+=3、计算负载电阻和反射电阻
0I V R L =
2
222
**8*8*ππL
L AC
R n R n R =
=
4、取k 值
S
P L L k =
k 值选3～7之间可以接受，k 值选大，会增大频率范围，较小的k 值可以减小频率范围，但是轻载效率较低。

k 值越小，获得相同增益的频率变化范围越窄k 值越大，获得相同
增益的频率变化范围越宽。

k 值越大，MOSFET在r f 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和较高的效率、较低的文波，以及轻载电压的稳定，个人经验选择6=k 。

5、计算Q ,MIN f ,MAX f ,S L ，P L ,r
L 1**95.0***82
2
220−+====MAX MAX
MAX L r r
pri r r pri G G k G k R n C L Z C L Z Z Q η
π由于：
↑↓⇒+=↓⇒=↓⇒↓⇒⇒=
LP P S m S P S AC
S
r I L L L L k L L Q R L f Q )(*2π↓↑⇒+=ηπ2
2
22
40828r
m L L rms
f L R n nR V I K值固定后，在保证ZVS的条件下尽量选用大的Q值。

)
1
1(12MAX
r
MIN G
k f f −
+=
)
1
1(1MIN
r
MAX G k f f −
+=
Q
R f C AC r r ***21
π=
r
AC S f R Q L π2*=
r
P L k L *=由于实际选型时，电容规格组合一定，所以选择合适的r C 值，再推算其它参数。

假设r C 一定，则其它参数推算如下：
r
AC r C R f Q ***21
π=
关于Q值的考虑：
当1>Q 时，反馈微小的变化量会引起比较大的输出变化，因而往往会导致回路震荡，因此实际工作时Q 要小于1，工作在负反馈状态下，所以一般实际应用上选取的L 值对应的
Q 是小于1的。

如果在已经设计好的回路中Q 值大于1，就往往会产生工作不稳定的现象，
或者输出环路不稳定，且输出纹波较高（LLC电路对前级无衰减）。

由于R
s r C L f *21
π=
,则有：
2
2**41
r r S f C L π=
r
P L k L *=)
1
1(12MAX
r
MIN G k f f −
+=
不变，)
1
1(1MIN
r
MAX G k f f −
+=
，k 值不变。

（注：由于反推一些参数，可以明显发现最初设定的最大增益MAX G 和最小输入电压MIN IN V 改变了，但是对于变换器来说，此改变可以接受。

）
考虑实际问题，主变压器采取夹绕方式，考虑本身漏感为1%，故真正的S L 取值需要
变小一点。

6、核算
p
m I I >)
(*4P r MAX IN m L L f V I MAX
+=
d
in
stray oss p T V C C I )
2(+=p
m I I >如不满足需要降低Q 或增大P
r L L +
7、实际变比
k k n L L L n n p P r real 1
**
+=+=8、初级最小匝数
e
MIN D real MIN P A B f V V n N **2)(0∆+=
−(根据实际变压器尺寸选择P N ,S N ,real n )
9、初级电流有效值
2
222
40828π+=r
r L
L rms
f L R n nR V I 10、MOSFET电压，电流最大值，电流有效值
MAX IN MOS V V =OCP MOS MAX I I =_2
_rms MOS rms I I =
ds
loss Conduct R I P MOS
rms 2
__=11、次级整流管电压，电流，损耗
0_*2V V MAX D =2
0_I I Avg D =
Avg
D Avg Conduct D loss Conduct D I V P _____*=12、谐振电容电流有效值、最大电压
2
222
40_828π+==r
r L
L rms
rms Cr f L R n nR V I I r
r Max rms IN Max Cr C f I V V MAX
π21*
*22
__+≅
13、输出电容的电流有效值
22020_0*88)2
2(I I I I Rms
C −=−=ππ
14、器件选择
MOSFET:满足20%裕量，电流从发热和OSS C 考虑（保证高压时ZVS)
r C ：满足RMS电流的要求，电压为计算值的1.5倍左右0C :满足RMS电流的要求15、r C 取值与功率P的关系
由于1**95.0***82
2
22
0−+====MAX MAX
MAX L r r
pri r r pri G G k G k R n C L Z C L Z Z Q η
π，其中k ，MAX G 为固定值，又由于Q
R f C AC r r ***21
π=
，故在选取r C 时，主要由AC R 决定。

因为22
8πL AC
R n R =
，D
IN V V V n NOM
+=02,00I V R L =所以2
0022
0)(2D IN
AC V V I V V R NOM
+=
π考虑D V 较小，则有
220
0222
022
02
0022
0222)(2P V V I V V I V V V V I V V R NOM
NOM
NOM
NOM
IN
IN
IN
D IN
AC ππππ=
=
≅
+=
综上所诉，AC R 的值仅与输入电压和功率有关系，即在谐振参数r C ，r L 的选择上，仅需要考虑变换器所要求的功率，而不需要太关心输出0V 和0I 。

列：
已知条件：
一、输入电压范围：V V MIN
IN
300=,V
V MAX IN 400=额定输入电压：V
V NOM IN 380=输出电压电流（最大值）：A
I V V 18/1200==二、选择谐振频率和工作区域
谐振频率KHz f r 100=额定输入输出时电源工作在r
f 参数计算
1、理论变比
96063
.14)
7.012(*2380)(*2200=+=+=+=D IN D IN V V V V V V n NOM NOM
2、最高、最低输入电压的增益
95
.0400
)
7.012(*96063.14*2)(*
*20=+=+=MAX IN D MIN V V V n G 26667
.1300
)
7.012(*96063.14*2)(*
*20=+=+=MIN IN D MAX V V V n G 3、计算负载电阻和反射电阻
6667.018
12
00===
I V R L 07074.1216667.0*96063.14*8**8*8*2
22222
====π
ππL L AC
R n R n R
4、取k 值
6==
S
P
L L k 5、计算Q ,MIN f ,MAX f ,S L ，P L ,r
L 1**95.0***82
2
220−+====MAX MAX
MAX L r r
pri r r pri G G k G k R n C L Z C L Z Z Q η
π3677283.01
2667.12667.16*26667.1*695.022
=−+=3814164.55)
26667.11
1(*61100
)
1
1(12
2=−
+=−
+=
MAX
r
MIN G k f f KHz
894133.120)95
.011(*61100)
1
1(1=−
+=−
+=
MIN
r
MAX G k f f KHz
7663
.353677283
.0*07074.121*100*210***216
===ππQ R f C AC r r nF
89353
.70100
*207074.121*3677283.0*102*3===ππr AC S f R Q L H
µ361185
.42589353.70*6*===r P L k L H
µ由于实际选型时，电容规格组合一定，所以选择合适的r C 值，再推算其它参数。

令nF C r 44=（即223//223），则其它参数推算如下：
298916
.044*07074.121*100*210***216
===ππr AC r C R f Q 627
.57100
*207074
.121*298916.0*10*2***41322====πππr AC r r S f R Q f C L H
µ726
.345627.57*6*===r P L k L H
µ取55
=S L H
µ
取350=P L H
µ取3637.655
350===
S P L L k 6、核算
p m I I >04239
.2)
35055(*894133.120*4400*10)(*43=+=+=
P r MAX
IN m L L f V I MAX
A
110
*200400*10*500)
2(912==+=−−d in stray oss p T V C C I A
p
m I I >7、实际变比
09322476.163637
.61
3637.6*96063.141**
=+=+=+=k k n L L L n n p P r real 8、初级最小匝数
135875.27170
*4.0*3814164.55*2)
7.012(*09322476.16*10**2)(30=+=∆+=−e MIN D real MIN
P A B f V V n N S
T （考虑实际，选用PQ3230骨架磁芯）选择S P T N 32=,S S T N 2=,16
=n 9、初级电流有效值
264.18100
*556667.0*16*2*10*6667.0*16*8128282
2
22432222
40=+=+=ππr m L L rms
f L R n nR V
I A 10、MOSFET电压，电流最大值，电流有效值
V
V V MAX IN MOS 400==5168.1_==OCP MOS MAX I I A (取rms OCP I I *2.1=)
893918.02
_==
rms
MOS rms I I A ds
ds loss Conduct R R I P MOS
rms *799.02
__==W
11、次级整流管电压，电流，损耗
24
12*2*20_===V V MAX D V
92
1820_===
I I Avg D A
3
.69*7.0*_____===Avg D Avg Conduct D loss Conduct D I V P W
12、谐振电容电流有效值、最大电压
A f L R n nR V
I I r r L L
rms
rms Cr 264.18100
*556667.0*16*2*6667.0*16*8128282
2
2242222
40_=+=+==ππ44
*100*21
**2240021*
*22__ππOCP r r Max rms IN Max Cr I C f I V V MAX
+=+≅618529.27744
*100*21
*5168.1*22400=+=
πV
13、输出电容的电流有效值
678352
.8*88)2
2(022020_0=−=−=I I I I Rms
C ππA
深圳富懿恒电子科技有限公司
2012年05月14日。