可在上、下区域工作的LLC谐振转换器的设计

fop@100%load 为LLC 谐振转换器的工作频率，分别在100% 和 10%负载条件下调节最大输入电压Vin,max对应的额定输出电压。Mfr 代表谐振频率 fr 下的增益，是固定的，不随负载变化。如上所述，谐振频率是把ZVS区域划分为上/下谐振工作的关键点。因此，当把Vin,max 条件下所需增益设定至大于Mfr, 则即使输入电压和输出负载都减小，所需增益也必然不会小于Mfr 。这意味着LLC 谐振转换器的工作频率小于对应 Mfr 的 fr，故它总是工作在下区域。下面介绍一个LED TV 电源的设计步骤。其输入电压由PFC (功率因数校正)提供，最孝额定和最大输入电压分别为350、380 和 400 Vdc。输出规格为120 V / 1.5 A。另外，集成式变压器使用分段骨架，控制器采用的是带有两个MOSFET的FSFR系列器件，这是飞兆半导体专为谐振半桥型转换器而设计的产品。

步骤1. 选择m 和 fr ，并计算Mfr

利用式2，谐振频率fr 下的谐振增益Mfr 可由下式求得：

式3

上式中，m 和 fr 都由设计人员选择。若选择的m值很小，峰值增益增加，且需要较大的Lr。若m值过小，需要外部电感，因为这时要在集成式变压器中获得高值 Lr 实际上是相当困难的。另一方面，如果选择较大的m值，则峰值增益降低。由于Lr 比 Lp低，使用集成式变压器十分容易。一般而言，m值在4-7之间是比较合理的。

[设计实例]

当 m 和 fr 分别设置为 6 和 100 kHz时，求得谐振频率下的谐振增益为1.09。

步骤2. 确定最大增益

利用下列公式可求出所需最小和最大增益：

式4

这里，Mmin 和 Mmax 分别为最小和最大增益。Vvirtual 是对应于谐振频率的有效输入电压。

如前所述，如果谐振电压下的Vvirtual 被设定为大于最大输入电压Vin,max，则工作频率将总是低于谐振频率，于是设计出的LLC谐振转换器就会工作在下谐振工作区域。

[设计实例]

假定Virtual 设为420 Vdc并考虑到余裕，Mmin 和 Mmax 可采用式4计算：

考虑到因负载瞬态和输入电压变化，峰值增益应具有一定余裕，增加10%的余裕是比较恰当的，故合理的Mmax 为 1.45。

步骤3. 确定集成式变压器的匝数比

利用步骤2中求得的有效输入电压Vvirtual 和合理的谐振增益Mfr ，集成式变压器的匝数比可由下式求得：

这里，Vout 和 VF分别是次级端二极管的额定输出电压和正向电压降。

如果需要调节匝数比n，可回到步骤2，增加或减小有效输入电压Vvirtual即可。

[设计实例]

在步骤2中，Vvirtual 已被设为420 Vdc。VF 取1Vdc，集成式变压器的匝数比算得为：

步骤4. 确定谐振网络

利用图5所示的这种查找表，能够根据峰值增益和不同的m值找出正确的Q因子。利用m值和前面步骤中获得的所需最大增益，可在图5中选出正确的Q因子。一旦确定了正确的Q因子，谐振网络的参数就可利用下面的公式求出

这里，Cr 和Lr 分别为谐振电容和电感，Lp 为集成式变压器的初级端电感。Rac 等于，其中考虑到了次级端二极管的正向电压降。

这里，Cr 和Lr 分别为谐振电容和电感，Lp 为集成式变压器的初级端电感。Rac 等于，其中考虑到了次级端二极管的正向电压降。

[设计实例]

在前面的步骤中，m值选为6，考虑到了余裕的所需最大增益 Mmax 求得为1.45。通过图5找出的Mmax对应的正确Q因子为0.35。

当谐振频率为100 kHz时，谐振电容Cr 的值可由下式求出：

考虑到出厂电容的标准值，一个22nF的电容就足够了。Lr 和 Lp 谐振电感的值可由下式求出：

后续的设计步骤和更多的技术信息

本文简单介绍了下谐振工作及其LLC谐振参数的设计步骤。不过，尚未提及选择谐振参数之后的若干设计步骤，比如集成式变压器的设计，开关的额定电压和电流、二极管和谐振电容的选择，以及控制器和反馈电路的设计。

图1：LLC谐振转换器的基本电路

图2：采用分段骨架的集成式变压器(a)，变压器等效电路(b)。

图3：LLC谐振转换器的增益曲线和工作区域

图4：LLC谐振转换器的频域增益曲线

图5：根据峰值增益和不同m值找出正确的Q因子的查找表。