接上一篇LLC設(shè)計(jì)之電氣推導(dǎo)，開篇之前我們先搞明白為什么我們常說LLC設(shè)計(jì)時(shí)需要將工作頻率設(shè)置在諧振頻率“附近”？我們?nèi)绾卫斫?？設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)該考慮哪些參數(shù)？如何去選擇？

如前所述，fn 是頻率調(diào)制中的控制變量。 因此，輸出電壓可以通過控制 fn 由 Mg 進(jìn)行調(diào)節(jié)，如圖 2 和等式（24）所示，可以重新排列為：

盡管迄今為止的討論已確定設(shè)計(jì)應(yīng)在串聯(lián)諧振附近或 fn = 1 附近運(yùn)行，但出于某些原因，建議將最佳設(shè)計(jì)限制在圖 3 中 a1 到 a4 所描述的區(qū)域----解釋如下文。

圖3 建議設(shè)計(jì)區(qū)域

一、“在附近”是什么意思？

顯然，“在附近”是一個(gè)模糊的名稱； 但是，正如前面在 FHA 概念的討論中所述，如果假定流過諧振電路的純正弦電流，并且如果使電路在 f0 的確切位置運(yùn)行，則設(shè)計(jì)結(jié)果是準(zhǔn)確的。 這也可以通過臺(tái)架測(cè)試或計(jì)算機(jī)模擬輕松驗(yàn)證，但目前還沒有理論上的驗(yàn)證。 可以通過等式 (19) 對(duì)這種驗(yàn)證進(jìn)行潛在的了解。 在等式 (19) 中為 Mg 指定值 1 作為 fn = 1 的操作指示將消除對(duì)等式 (17) 的近似值。 然后在 DC 輸入和 DC 輸出之間實(shí)現(xiàn)精確的關(guān)系，如等式 (15) 所述。

二、設(shè)計(jì)要點(diǎn)

眾所周知，對(duì)于電源轉(zhuǎn)換器的典型設(shè)計(jì)，幾乎總是首先考慮三個(gè)基本要求——線路調(diào)節(jié)、負(fù)載調(diào)節(jié)和效率。

線路調(diào)整率定義為在給定輸出負(fù)載電流下，在指定范圍內(nèi)由輸入電壓變化引起的最大輸出電壓變化。

負(fù)載調(diào)整率定義為在規(guī)定范圍內(nèi)（通常是從空載到最大值）負(fù)載變化引起的最大輸出電壓變化。

這兩種調(diào)節(jié)實(shí)際上是通過電壓增益調(diào)整來實(shí)現(xiàn)的——而在 LLC 轉(zhuǎn)換器中，增益調(diào)整是通過頻率調(diào)制來實(shí)現(xiàn)的。 圖 3 中描述的推薦操作區(qū)域顯示了一個(gè)相對(duì)陡峭的增益斜率，這可以縮小頻率調(diào)制的范圍。 因此，設(shè)計(jì)必須使增益在滿足所需調(diào)節(jié)規(guī)范的范圍內(nèi)充分可調(diào)。

效率是使用 LLC 轉(zhuǎn)換器的一大優(yōu)勢(shì)。 通過確保在整個(gè)工作范圍內(nèi)保持初級(jí)側(cè) ZVS，可以顯著降低轉(zhuǎn)換器的開關(guān)損耗。 正如將要解釋的，ZVS 無法在增益曲線區(qū)域的任何地方實(shí)現(xiàn)，但將設(shè)計(jì)保持在推薦區(qū)域內(nèi)將確保 ZVS。

線性調(diào)整

實(shí)現(xiàn)電源轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)的線路調(diào)節(jié)可以基于公式 (25) 和圖3中的推薦設(shè)計(jì)區(qū)域。將分別假設(shè)最小和最大輸出電壓 Vo_min 和 Vo_max。 為簡(jiǎn)化討論，還假設(shè)所有寄生壓降（例如來自 PCB 走線、MOSFET 的 Rds_on、二極管的正向電壓等）都已轉(zhuǎn)換或集中到輸出電壓范圍的一部分。 還假設(shè)設(shè)計(jì)需要最大開關(guān)頻率范圍； 即，它被限制在 fn_min ≤ fn ≤ fn_max 內(nèi)。 實(shí)際上，可能需要調(diào)整頻率限制以適應(yīng)線路和負(fù)載調(diào)節(jié)要求，反之亦然。

有了這些條件和假設(shè)，為了實(shí)現(xiàn)線路調(diào)節(jié)（以及后面討論的負(fù)載調(diào)節(jié)），應(yīng)設(shè)計(jì) Mg 以滿足方程（26）描述的條件，即所有可能的 Mg 值必須包含 Mg_min 和 Mg_max 的值 fn 范圍內(nèi)。 對(duì)于 Io = 0，

對(duì)于Io＞0，

其中，

Mg_∞ 是Mg 的一個(gè)特殊值，表示fn 接近無窮大時(shí)的空載增益值。 換句話說，在空載時(shí)，增益曲線 (Mg) 接近一條漸近水平線，其值由方程 (29) 描述，當(dāng) fn 的值接近無窮大時(shí)，可以從方程 (23) 輕松獲得。

Mg_min 和 Mg_max 在圖 3中各自形成一條水平線。對(duì)于空載條件 (Io = 0)，品質(zhì)因數(shù) (Qe) 為零，如圖 3a 中的曲線 1 所示。由于增益曲線被阻止 由 Ln 和 Qe 挖掘，且 Qe = 0，Ln 是現(xiàn)階段唯一的設(shè)計(jì)因素。 因此，需要選擇一個(gè) Ln 值，以提供滿足等式 (26) 條件的增益曲線。 換句話說，Ln 的值需要使曲線 1 在頻率限制內(nèi)跨越由方程 (27) 和 (28) 定義的兩條水平線。 這在圖 3中由設(shè)計(jì)點(diǎn) a1 和 a2 描述。

同樣，如果負(fù)載條件不為零（Io > 0），則可以通過使 Qe 對(duì)應(yīng)于所需的最大負(fù)載并遵循相同的過程來選擇合適的曲線。

負(fù)載調(diào)整率

1、額定負(fù)載

如圖 3所示，增益呈現(xiàn)一系列曲線。 對(duì)于固定的 Ln，Qe 的每個(gè)值都會(huì)生成不同的增益曲線。 較大的 Q 使增益曲線以較低的峰值移動(dòng)得較低。 因此，當(dāng)負(fù)載電流增加時(shí)，增益曲線會(huì)從其空載形狀（曲線 1）移動(dòng)到較低的表示形式。 在圖 3 中，曲線 2 對(duì)應(yīng)于最大負(fù)載電流 (Qe = max)，同時(shí)仍滿足公式 (26) 的條件和相同的 Ln。 這會(huì)在推薦的設(shè)計(jì)區(qū)域中產(chǎn)生設(shè)計(jì)點(diǎn) a3 和 a4。

如果負(fù)載進(jìn)一步增加，曲線2將朝著曲線3重新整形。水平線Mg_max將無法與增益曲線交叉，因此不能滿足等式（26）的條件。 然后失去輸出電壓調(diào)節(jié)。 發(fā)生這種情況時(shí)，需要進(jìn)行設(shè)計(jì)修改，例如調(diào)整 Ln 或開關(guān)頻率限制以重塑增益曲線。

由于 Qe 與負(fù)載電流相關(guān)，因此可以適當(dāng)擴(kuò)展此討論以包括過載和短路情況的可能性。

2、過載電流

在示例中，圖3中的推薦設(shè)計(jì)區(qū)域包含一個(gè)過載，因?yàn)?Qe_max 被定義為包含一個(gè)值。 如前所述，負(fù)載的任何進(jìn)一步增加都會(huì)導(dǎo)致曲線 2 向曲線 3 或更高的方向移動(dòng)，這會(huì)將設(shè)計(jì)置于設(shè)計(jì)區(qū)域之外并處于短路狀態(tài)。

3、負(fù)載短路

由于負(fù)載短路可能會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)換器電路中的電流量過大，因此有必要檢查負(fù)載短路的增益圖以了解會(huì)發(fā)生什么以及如何處理。 相應(yīng)的增益曲線如圖 3a 中的曲線 4 所示。 當(dāng)負(fù)載短路繞過 Lm 時(shí)，fc0 將變?yōu)?f0，這將曲線 4 定義為輸出短路的增益形狀。

曲線 4 提供了對(duì)保護(hù) LLC 轉(zhuǎn)換器的可能解決方案的深入了解。 一種可能性是增加開關(guān)頻率以降低增益。 如圖2 和 3所示，如果開關(guān)頻率增加到串聯(lián)諧振頻率 (f0) 的兩倍以上，增益將降低到 10% 以下。 如果頻率可以上拉到 f0 的 10 倍，則增益實(shí)際上為零。 從方程 (25) 可以看出，零增益將零百分比的輸入電壓傳輸?shù)截?fù)載短路。 通過這種方式，可以保護(hù)轉(zhuǎn)換器免受負(fù)載短路故障的影響。

但是，值得注意的是，這種保護(hù)方法的有效性取決于將短路信號(hào)發(fā)送到控制器以激活頻率增加的速度。 在推薦的設(shè)計(jì)區(qū)域中，增益將不可避免地在一段時(shí)間內(nèi)被迫向諧振峰值的左側(cè)移動(dòng)，直到最終達(dá)到曲線 4。這可能會(huì)導(dǎo)致幾個(gè)嚴(yán)重的問題，包括反饋控制極性反轉(zhuǎn)的可能性。 考慮到這一點(diǎn)，獨(dú)立的過流關(guān)斷可能是一個(gè)更好的解決方案。 但是，如果仍然首選頻率增加，則建議使用其他兩種可能的解決方案。

(1) 添加單獨(dú)的高速控制回路以快速啟動(dòng)頻移

(2) 將推薦的設(shè)計(jì)區(qū)域移至最小開關(guān)頻率 (fn_min) 絕不會(huì)低于串聯(lián)諧振頻率 (f0) 的位置，即 , 其中 fn_min ≥ 1。