LLC諧振電路的參數(shù)設(shè)計(jì)原則

LLC諧振電路參數(shù)選擇是一個(gè)折中的過(guò)程，需要結(jié)合輸入電壓范圍，輸出電壓范圍，負(fù)載范圍，效率指標(biāo)以及器件設(shè)計(jì)和選型等尋求一個(gè)優(yōu)化的結(jié)果，具體的需要通過(guò)matchcad計(jì)算，saber仿真，并最終結(jié)合實(shí)驗(yàn)來(lái)調(diào)整和優(yōu)化參數(shù)，滿足規(guī)格書(shū)的各項(xiàng)指標(biāo)。

LLC諧振電路需要確定三個(gè)主電路參數(shù)，分別是諧振電感Lr，諧振電容Cr和勵(lì)磁電感Lm。三個(gè)參數(shù)相互關(guān)聯(lián)，更改任何一個(gè)參數(shù)，都會(huì)涉及到整個(gè)電路工作狀態(tài)的改變，因此需要納入統(tǒng)一的范疇來(lái)考慮。

因此必須結(jié)合LLC諧振電路的特性，考慮LLC諧振參數(shù)設(shè)計(jì)必須遵循的一些原則，從眾多的參數(shù)中初步篩選一些較合理的參數(shù)。

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① 考慮效率指標(biāo)的要求，為了54V輸出時(shí)達(dá)到最高效率，根據(jù)LLC諧振電路特性，當(dāng)工作頻率等于諧振頻率時(shí)，MOSFET關(guān)斷電流為零，DC/DC開(kāi)關(guān)管損耗最低，當(dāng)工作頻率低于諧振頻率時(shí)，輸出二極管可以實(shí)現(xiàn)零電流關(guān)斷，消除了二極管的反向恢復(fù)所帶來(lái)的損耗和EMC問(wèn)題，因此在54V輸出的情況下，當(dāng)開(kāi)關(guān)頻率略低于諧振頻率并盡可能接近諧振頻率時(shí)，可以獲得最大效率。

② Q值的選取，負(fù)載特性參數(shù)Q值將影響很多因素，從上圖可以看出，在匝比已經(jīng)確定的情況下，為了滿足最大輸出58V的要求，Q值要求小于1，并且越小越好。但在低壓輸出的情況下（即工作頻率高于諧振頻率的2區(qū)），較小的Q值將導(dǎo)致電壓增益曲線很平緩，為了達(dá)到低電壓輸出要求，要么要求控制電路需要非常寬廣的工作頻率范圍，要么要求控制電路很早進(jìn)入調(diào)寬狀態(tài)，前者顯然很難實(shí)現(xiàn)，后者則對(duì)環(huán)路不利。因此Q值的選取應(yīng)該在0.5～1之間，具體的需要結(jié)合其他因素權(quán)衡考慮。

③ MOSFET關(guān)斷電流的大小，MOSFET的關(guān)斷電流越小，其開(kāi)關(guān)損耗也就越小，但過(guò)小的關(guān)斷電流可能導(dǎo)致諧振電感和勵(lì)磁電感儲(chǔ)能不足，從而在下半個(gè)周期開(kāi)始時(shí)喪失ZVS的條件，因此滿載時(shí)MOSFET關(guān)斷電流的大小應(yīng)該有個(gè)合適的范圍，大致以峰值電流的1/5～1/3為宜。

④ Lm/Lr的范圍，勵(lì)磁電感和諧振電感的比率其實(shí)也直接決定上圖所示的電壓增益，這個(gè)比率越低，1區(qū)的電壓增益越高，對(duì)輸出電壓調(diào)節(jié)和環(huán)路的單調(diào)性越有利，但這個(gè)比率越低也意味著MOSFET關(guān)斷電流也就越大，因此同樣需要一個(gè)合理的范圍，以1/5～1/3為宜。

⑤ 諧振電容Cr的選取，由于MOSFET結(jié)電容等寄生參數(shù)的存在，諧振電容Cr的選取必須盡可能減小這些寄生參數(shù)對(duì)諧振網(wǎng)絡(luò)的影響，一般Cr的值應(yīng)該大于MOSFET結(jié)電容（與能量相關(guān)的等效輸出結(jié)電容）的10倍以上，在全橋電路中，應(yīng)該大于兩個(gè)MOSFET結(jié)電容之和的十倍。

⑥ 在特定的輸出電壓下，為了保持環(huán)路的單調(diào)性，要求在特定的增益曲線上輸出該電壓時(shí)的工作頻率應(yīng)該與最高點(diǎn)的轉(zhuǎn)折頻率保持一定的裕量，以滿足調(diào)頻控制時(shí)頻率的變化不會(huì)跨過(guò)轉(zhuǎn)折頻率，從而避免環(huán)路呈現(xiàn)不單調(diào)性（即一個(gè)輸出電壓對(duì)應(yīng)兩個(gè)可能的開(kāi)關(guān)頻率），一般來(lái)說(shuō)根據(jù)實(shí)驗(yàn)觀察，該裕量應(yīng)該保持在20kHz以上或能夠保持環(huán)路絕對(duì)單調(diào)。

低壓大電流輸出是非常惡劣的情況，由于開(kāi)關(guān)頻率接近諧振頻率的2倍頻，MOSFET關(guān)斷電流很大，且開(kāi)關(guān)頻率較高，MOSFET的關(guān)斷損耗急劇增大，導(dǎo)致MOSFET的散熱問(wèn)題非常突出，并可能導(dǎo)致炸機(jī)問(wèn)題。因此要求在全輸出電壓和全負(fù)載范圍內(nèi)，電路的工作頻率范圍越小越好，最高頻率必須考慮低壓大電流情況下MOSFET的損耗和熱，并要求在較低的輸出電壓下（比如20V輸出）仍然保持調(diào)頻控制而不是進(jìn)入調(diào)寬態(tài)。