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LLC Power Switches and Resonant Tank 笔记

news 2025/7/14 19:29:22

1.概述

上面是一个典型的LLC电路。注意Lm是励磁电感，就是次级线圈空载时的主变压器电感，据说在计算谐振频率时无需关心。然后，作为DCDC电源，它通过调整谐振频率，来改变输出的电流。负载越大，频率越低，输出电流越大。

本文基于：By Tomas Hudson, Applications Engineer at MPS的两篇技术笔记，分别是：

Understanding LLC Operation (Part I): Power Switches and Resonant Tank
Understanding LLC Operation (Part II): What to Consider in LLC Converter Design

谐振式DCDC功率电路的四大模块:

the power switches,
resonant tank,
transformer,
and diode rectifier

其实还有一个是PFC补偿电路，这部分没有提及。

2.Power Switch的全桥和半桥的区别

注意半桥把Vpp——in 压缩了一半。全桥可以减少铜损。注意在参数解算时要要留神这个额外的整流倍率。
谐振电路，它提到增益必须大于1，注意，这里的增益是电路的总体增益，就是端到端的整体增益。它利用了谐振电路，在接近谐振频率，整体电抗下降的特性。

电路在不同负载下的增益如图所示 :

负载电阻越小，输出功率越大，整个谐振电路的整体增益会下降，因为反馈到谐振电路的能量衰减更快。

整个负反馈自动调节的原则是，因为整个电路是个压控负反馈。一旦轻载，则整体增益曲线，类似那个品质因数更大，增益在原有的工作频点处会提升，为了保持输出电压稳定，所以，开关频率会增大——它知道频率增大，系统整体增益会下降。

系统在各种负载条件下，始终工作在谐振频率的远端(高频端)。

3.LLC能够适应不同负载的原因：

这部分原理没看清楚，待续

如果只有Lr

4.电路的基本参数计算：

fn，Ln把电路的参数似乎归一化了。然后表述的意思是，电路似乎不必工作在谐振频点。

所以，才会有之前绘制的增益图。

5.增益问题

MG(Q,LN,fN) = VOUT[AC] VIN[AC] fN 2×(LN-1) = (fN 2-1)2 + fN 2× (fN 2-1)× (LN-1)2× Q2 (1) The transformer’s gain is defined by the ratio of the number of turns in the transformer’s primary coil to the turns in the secondary coil. Because this ratio is defined by the physical construction of the transformer, it cannot be easily changed once the converter is operating.

它表达的意思似乎是这个增益曲线，一旦电路参数确定，就已经确定了。

5.1 为了适应电源变化的增益调节范围：

输入电源电压改变，是在增益曲线确定的情况下，工作频点，在整体增益曲线上的相对位置。

5.2 从品质因数的视角，看各个负载条件下的增益：

这个与目前观察到的系统不同负载下的频率范围是差不多的。

负载变化，谐振电路的品质因数会变化，Q值会被拉低。

6.总体的参数设计原则：

总结一下，参看下图:

为啥红色区域不能碰，也就是所谓的容性区不可进入？

注意，红色区域内的那条红色的虚线对应着不同负载条件下的谐振频点轨迹。原因是电感一旦超限使用，主变会因为磁场饱和，电流会迅速过流。增益曲线的红色部分没有考虑磁芯饱和的问题。

1.fmin对应最高负载下的谐振频点。（这个时候对应着系统最大负载下的谐振点）。

2.MGmax - MGmin对应着输入电压的波动。（此时增益曲线是同一条）

3.当负载变轻时，谐振电路的品质因数在上升，也就是谐振状态的增益会上升。此时因为电压反馈电路要保持Vin/Vout稳定，此时，系统实际工作频点会外移，降低增益水平

4.当输入电源电压上升时，此时因为输出电压会随着升压，此时系统的整体增益也要下调，所以，也会提高开关频率，把增益降下来，这个时候，工作频率也会外移。对应的是MGmax ->MGmin的方向。

5.负载的改变会让整个系统的增益曲线改变，大负载，谐振状态的增益更低。也就是谐振电路的Q值更小

6.然后电源电压的改变，会让系统的工作频率，在明确的增益曲线上移动，来找到单条增益曲线上能够稳定住输出电压的点。

7.LLC电路参数的计算的核心目标：

1.算出最高负载条件下的谐振频率。fMin. MGmax是确定的。