LLC设计基础

学习开关电源，我们从基本的非隔离拓扑学起，最终会来到LLC的软开关拓扑，LLC需要的基础知识比较多，很多入门者都觉得比较难，是很多人的拦路虎，包括做了很多年设计的老手，不是很理解，或者理解的不够深刻，很多同学也包括我自己，也是看了大量的书籍和文献，确实需要很多基础知识。

得益于现在LLC已在各行各业全面普及，已很容易通过各种资料掌握。感谢当年清华杨波博士8年的研究，才有了现在的各种普及。感谢后来者的不断栽树，才有后来者的绿树成荫，

LLC的基础知识：

1、LLC的拓扑的状态分析，实际就是解释不同时间内，谐振腔电压电流与励磁电压电流的关系，分多个状态，我们一开始大体了解下，如想弄得很细，最好通过matlab的仿真进行分析，开环的，观察。有需要仿真文件的，也可以问我要，模型观察就比较简单，就像一个人的身体运行规律。很多教科书上来就讲这个，容易看不懂，实际上来不需要弄的这么清楚了，做出来再观察，可能会更好理解。

2、LLC如何实现原边MOS ZVS，副边整流管的ZCS//谐振腔成感性是核心。

3、LC的串并联谐振，电路原理，电感特性和电容特性的互补，一个是电流不能突变，一个是电压不能突变，都有原则；那外部变化时，就振荡起来，基础知识参考大学的LC电路原理。

4、设计LLC的本质：解方程，如何在一个窄范围的PFC电压（380V~400V额定~420V），让额定接近谐振频点工作效率最高，如我们选择额定输入400V条件下，工作在fr=100k；其他条件，通过调整源的开关频率，改变谐振腔的分压比，使得闭环输出稳定；如高压空载时工作在限定最高频率，低压满载工作在某一相对较低的开关频率；在这个范围内调整频率使得增益反向改变，电压低了就调高增益，电压高了就调低增益；

5、变压器的理想模型和等效模型；变压器和电感磁集成，小功率LLC，要弄清楚变压器理想模型和等效模型之间关系；

正所谓磁集成技术，就是将多个电感、变压器绕在一个磁芯上；再通俗一点，就是把电感集成在变压器之中。主要的目的有：

最直观得益于这项技术的感受，莫过于手里体积越来越小的手机充电器和电脑充电器。而随着氮化镓GaN半导体的出现，开关频率可达到MHz级别，使得PCB变压器成为可能。

理想变压器并不存在，任何一个变压器都有漏电感，应用最为广泛的变压器T型等效模型中，也对漏电感进行了建模。

大多数情况，我们希望这个漏感足够小，但在有些情况我们需要利用这个漏感，如果这个漏感的特性和我们所需要的电感相同，也就完成了电感在变压器中集成。在某些情况，尤其是谐振变换器的应用中，电感需要精确设计，而在磁集成变压器中，则转变为对漏电感的精确控制。

有这么个框架，你再来去看就容易些了；

我们一一介绍下LLC设计基础：

1、 MOS 8大损耗：截止，开通，关断，泄放，驱动，二极管，反向恢复，啥叫ZVS？

原边LLC降低的是开通损耗，ZVS，也就是没导通之前利用谐振腔感性电流超前特性，将MOS电容抽到0电压，之后发驱动导通；驱动来之前,DS为0为ZVS，用LLC谐振腔看就是电流为负，会使得上管从S到D，实现开通ZVS

2、谐振有两个谐振点？啥时候有，谐振腔：有激磁电感LP，谐振电感LS，当LP被副边电容潜位时，是Ls和Cr谐振；当副边D1和D2断开时，是LP和LS的串联和Cr谐振，所以有两个谐振频率点，一个低，一个高，绝大部分工作时间段在高频谐振点，发生变化时为谐振电流和励磁电流相等时；

3、为什么等效，不等效研究不下去，等效更简单，

等效基波分析法，半桥中间节点VS实际为开关波形，为输入电压一般的方波，但是我们采用等效的基波正玄波替代

这样就可以等效为一个谐振腔体的阻抗，进而将副边折算到原边归一化为谐振腔的研究

4、最终简化研究，研究的是VS的频率和VP的分压关系；这个增益与很多因素有关系（f，fr频率，负载Q，LS,Lr,cP有关系）

关系太多，不利于研究，归一化为三个参数 K，X，Q，知道这三个参数就知道如上6个参数，降维思维。

画出其归一化曲线，我们的输入输出电压范围知道，我们知道最大增益和最小增益两个范围，我们就知道垂直方向的范围，水平方向的频率范围，我们知道空载为最高频率，低压满载有个频率，我们处于感性区，有个最大的Q值，这时有个最小开关频率保证感性区2，一般高压空载在1区，一般处在2区，当然有些设计让始终在2区，有综合考虑，如环路设计，这里就像断续，临界，连续三个区域一样；

5、归一化了，还是不是唯一的对应关系，还是比较负责，如何降到1个未知量的增益关系？

虽然简化6个参数为K,X，Q，3个参数，仍然不能确定工作点，还得研究K和Q的影响，K取啥，确定个范围，Q确定个范围，然后就定出来X了；

K值越大，损耗 越小，但是频率变换范围太大；希望频率调整变换不大，损耗小，所以3~6

K定了之后，Q尽量取大，提高效率，所以有个Qmax确定

Qmax代表着什么，就是满载最大的比值，这时谐振腔体为感性，如何是感性，我们要找临界点，临界点成立，找到最大的Q值

Q最大值对应的K和频率X表达清楚了，那我们就可以将K固定，将Q和K变为已知量，降为只有X和G的函数表达，很容易求出对应的Gmax（Xmin）关系，

最高频率对应高压 Gmin 空载对应：

6、所以总体来看：公式就这几个公式设计参数，这就是解的参数。所以LLC就是等效降维解方程

7、约束条件？

当然，我们还得考虑实际谐振电流能将Q1,Q2和变压器寄生电容抽干，满足ZVS条件，IM为死区的谐振电流值，要大于CUmax/td，如验证不满足，减小K值，或者减小Q值调整，还是刚才那几个公式，列个EXCEL直到这个约束条件满足。

至此谐振腔体参数LP,LS，Cr值确定下来了，一般是Cr是电容并联，是固定值，通过列出excel表格，修正Q减小，或者调整K值，取到正合适的容量；

8、接着计算管子的电压和有效值电流，选择初级和次级二极管的型号，谐振电容650V的，这块高压输入，电容容量越大，电压降额越好，所以要反算调整；

9、输出电容约为0.48 IO，一般按照0.5倍输出电流去选择电容个数（N*耐受的纹波电流）；

10、变压器：AP定磁芯尺寸，低压最小频率时计算，计算匝数比，计算原边匝数，副边匝数，副边取整；

变压器设计，小功率磁集成，大功率的电感外置；

11、变压器的理想模型和LLC的关系，所以我们计算出来的N

原因如下，等效就是观察角度不同的转换：

了解可能的绕线磁集成方案

注：以上资料来自网络，非本人原创，这块结合了自己的理解，也是设计过程梳理，理解的过程，实际LLC的设计比较简单，解方程思维，降为思维。但是基础知识比较多，不容易入门，希望这个文档，对你有帮助。