【導讀】LLC 變換器的設計涉及眾多的設計決策與關鍵參數，而且很多因素相互關聯。任何一個設計選擇都可能影響係統中的許多其他參數。LLC 諧振腔的設計是其中最大的挑戰，因為它決定了變換器響應負載

、頻率和電壓變化的能力。因此，設計人員必須正確定義變換器負載和頻率的工作範圍，因為這些值會影響諧振腔的值與參數來。

本係列的兩篇文章將討論 LLC變換器設計的關鍵考量因素。 第I部分 探討了各種電源開關拓撲和 LLC 諧振腔的特性。本文為第II部分
，將介紹 LLC 變換器設計中的重要參數，包括增益、負載
、頻率和電感。

LLC變換器增益

影響LLC 變換器增益的兩個模塊是諧振腔和變壓器。諧振腔增益是可變的
，具體取決於負載 (Q)、歸一化頻率 (f_N)和歸一化電感 (L_N)。變換器的增益響應 (M_G為Q, L_N和f_N的函數，通過公式 (1) 來計算：

變bian壓ya器qi增zeng益yi則ze由you變bian壓ya器qi原yuan邊bian線xian圈quan的de匝za數shu與yu副fu邊bian線xian圈quan的de匝za數shu之zhi比bi定ding義yi。該gai比bi率lv由you變bian壓ya器qi的de物wu理li結jie構gou定ding義yi

，所suo以yi一yi旦dan變bian換huan器qi開kai始shi工gong作zuo
，就jiu不bu能neng輕qing易yi改gai變bian。

圖 1 顯示了 LLC 變換器的增益路徑。

圖 1：LLC 變換器的增益路徑

圖 2 顯示了帶變壓器的 LLC 諧振腔原理圖。

圖 2：帶變壓器的 LLC 諧振腔原理圖

變換器的總增益 (V_OUT / V_IN) 為兩個增益的乘積，可通過公式 (2) 來估算：

其中 n 為變壓器的匝數比
，M_G則為 LLC 諧振腔增益。

理想情況下，諧振腔不會放大或衰減信號，而是濾除諧波。這意味著諧振腔的標稱增益應為 1
，並且變壓器應是改變輸出電壓電平的唯一階段。

但實際上
，LLC 變換器常用於 AC/DC變換器。AC/DC 變換器通常由一個 AC/DC + PFC 轉換級和一個 LLC DC/DC 變換器組成，用於將電壓降到所需的水平（參見圖 3）。

圖3: AC/DC變換器功能模塊

AC/DC + PFC 級將 AC 輸入電壓 (V_IN) （例如來自 AC 電源的功率）轉換為穩定的 DC 電壓
，同時還保持輸入電流與 V_IN 同相。PFC 級對確保設計符合國際標準（包括 ISO、UNSCC、IEEE 和 CISPR）規定的各項功率因數規範十分必要。AC/DC + PFC 級的輸出電壓 (V_OUT) 在理想情況下是穩定的，但由於組件的非理想化， AC/DC 輸出端往往會出現電壓紋波
，這通常是寄生電感和電容ESR導致的
，這種電壓紋波也會出現在 LLC 變換器的輸入端。

由於變換器的 V_IN 和變壓器固定增益帶來的變數，LLC 諧振腔需要補償 V_IN 帶來的變化以獲得恒定的 V_OUT。因此，如果 V_IN 低於標稱值，諧振腔可稍稍放大信號以產生最大諧振腔增益
；如果 V_IN 超過標稱值，則最小諧振增益可確保變壓器原邊繞組處的電壓穩定在標稱值

，以保持穩定的 V_OUT。

標稱諧振增益 (M_{G_NOM}) 可以使用公式 (3) 來計算 (M_{G_NOM})：

最大諧振增益 (M_{G_MAX}) 可以使用公式 (4) 來計算：

最小諧振增益 (M_{G_MIN}) 可以使用公式 (5) 來計算：

圖 4 顯示了 LLC 變換器的增益響應以及所需的最大、最小和標稱諧振腔增益值。

圖 4：LLC 變換器增益響應

LLC變換器負載

如 第I部分所述，負載通過品質因數 (Q) 來表示，它影響諧振腔的最大增益以及峰值增益頻率。諧振腔的峰值增益隨負載的增加而降低。因此
，即使在最壞的情況下(即負載最大時)，滿足最大增益要求也是非常重要的。

圖 5 顯示了 LLC 變換器對一係列負載的頻率響應。

圖 5：LLC 變換器頻率響應

LLC變換器開關頻率

負載對增益的影響是無法控製的
，但可以通過改變 MOSFET 的開關頻率 (f_SW) 來保持電路增益。如圖 5 所示
，盡管負載會影響變換器的最大增益

，但增加負載也會將頻率 (f_{MG_MAX}) 拉至更高水平
，並產生最大增益。

圖 6 顯示了 LLC 諧振腔中一係列不同負載的最大增益點，以虛線繪製。這條線將增益響應分為兩個不同的區域。在感性區域（右側），發生零電壓切換
，並且增益隨著頻率的降低而增加，直至達到峰值增益頻率。然後變換器進入容性區域（峰值增益頻率的左側），在該區域降低頻率也會降低增益。感性區域允許通過頻率變化進行穩定的增益控製。

圖 6：頻率響應的容性區域和感性區域

一般不建議進入容性區域，因為當低邊MOSFET (LS-FET) (S2) 晶體管的體二極管處於反向恢複狀態時，高邊MOSFET (HS-FET) （S1） 可能導通（參見圖7）。這會造成潛在的半橋直通條件，從而導致 S2發生故障，或者，至少會降低變換器的效率。

圖 7：電源開關中的直通電流

不同的負載產生不同的頻率響應和最大增益頻率。要確定最小f_SW
，需要考慮最壞情況，即從最小負載轉換至最大負載時（參見圖 8）。當負載較小時
，變換器工作在感性區域
，但如果負載突然增加，工作點將進入容性區域。因此，應增加最小頻率 (f_MIN) 以確保所有負載的工作點都保持在感性區域。

圖 8：負載轉移對工作區域的影響

因此
，要建立穩定的頻率範圍， f_MIN 必須等於過載情況下變換器的最大增益頻率 (f_OVERLOAD)（參見圖 9）。

圖 9：開關頻率的穩定、不穩定和工作窗口期範圍

一旦得到變換器的最小頻率，就可以建立一個工作 f_SW 範圍。變換器的最大頻率(f_MAX) 受控製器和 MOSFET 最大頻率的限製。但工作窗口期不需要很大，它可以通過最大和最小增益頻率來定義，隻要處於穩定頻率範圍即可。

LLC 諧振腔電感

歸一化 L_N 定義了峰值增益斜率，該斜率標誌著感性區域和容性區域之間的界限，如圖 10 所示。 在相同負載條件下
，諧振腔的峰值增益取決於歸一化 L_N。

圖 10：具有不同歸一化電感的 LLC 變換器的最大增益曲線

較小的 L_N 可為更廣範圍的負載和操作提供高增益。另一方麵，較小的 L_N 也會帶來較高的磁化電流，並使效率降低。

要選擇適當的歸一化 L_N值

，設計人員需要考慮負載最大時的最壞情況。L_N 的選擇必須能夠提供足夠的增益來補償 V_IN的任何缺陷

，即使在過載條件下也是如此。

結語

LLC 變bian換huan器qi的de設she計ji是shi一yi個ge漫man長chang而er複fu雜za的de過guo程cheng，需xu要yao根gen據ju特te定ding的de應ying用yong要yao求qiu考kao慮lv多duo種zhong因yin素su。由you於yu大da量liang的de參can數shu以yi及ji這zhe些xie參can數shu之zhi間jian的de關guan係xi，設she計ji過guo程cheng通tong常chang跨kua越yue多duo次ci迭die代dai與yu計ji算suan，可ke能neng導dao致zhi設she計ji時shi間jian過guo長chang。而erMPS 提供 LLC設計工具 以及以及可配置的LLC 控製器 MPF32010等工具
，可以顯著加速開發過程。

來源：MPS

免責聲明：本文為轉載文章，轉載此文目的在於傳遞更多信息，版權歸原作者所有。本文所用視頻、圖片
、文字如涉及作品版權問題，請聯係小編進行處理。

推薦閱讀：

防反保護電路的設計（上篇）

低功耗精密信號鏈應用最重要的時序因素有哪些？第二部分

步進電機的特點與分類

納芯微低功耗數字溫度傳感器NST112x用於可穿戴類設備測溫

使用低靜態電流小型器件準確測量生命體