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我是新手,圖片不知道如何放上來
已知條件：
① 輸入電壓范圍
② 輸出電壓、電流
③ 確定需要的諧振頻率
④ 額定輸入、輸出滿載時(shí)電源工作頻率在fr附近
由以上已知條件可簡單得出以下結(jié)果：
① 變壓器變比n
② 需要的電壓增益Gmax,Gmin
③ Rac,K
需要求解的量：
① Q值，由此得到Cr,Ls,Lp
② 最小、最大開關(guān)頻率
由增益公式G（f）=可知，即使Gmax在上面簡單求出，但G（f）函數(shù)中仍然有k,x,Q三個(gè)變量，因此可做k值的定性分析，同時(shí)確定k的參數(shù)范圍(即Lp與Ls的比值)，如以下圖2-41，圖2-42，圖2-43：
圖2-41(k=1) 圖2-42(k=4)
圖2-43（k=16）
由此可見，當(dāng)k值越小，獲得相同增益的頻率變化范圍越窄，k值越大，獲得相同增益的頻率變化范圍越寬，但工作頻率也越容易接近fr2諧振點(diǎn)，有可能進(jìn)去ZCS的區(qū)域，而k值越大，諧振電流也越小，MOS管在fr附近的導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗也就越低，綜合以上考慮k一般取2.5-6的范圍
Q值對初級(jí)電流的影響：
由公式Q=，可知Q↓=>Ls↓=>(Lp=kLs) ↓=>Lm↓=>Im↑=>Ip↑，即在一定負(fù)載的情況下，當(dāng)Q值降低時(shí)，減小特征阻抗（即諧振電感Ls減小），而k值不變，此時(shí)勵(lì)磁電感Lm減小，導(dǎo)致勵(lì)磁電流Im增大，初級(jí)電流Ip也增大，MOS管以及變壓器的損耗加大，影響整機(jī)的效率，因此K值固定后，在保證ZVS的條件下盡量選用大的Q值。
備注：在沒有外置諧振電感的情況下，Lp(初級(jí)感量)=Lm(勵(lì)磁電感)+Lr(漏感)，漏感充當(dāng)諧振電感，當(dāng)有外置諧振電感時(shí)，由于變壓器的漏感此時(shí)較小，有時(shí)可認(rèn)為變壓器的Lp=Lm
勵(lì)磁電流Im與諧振電流Ir如下圖2-44：
圖2-44
初級(jí)諧振電流有效值Ir的計(jì)算：
勵(lì)磁電流有效值Im==×，其中Voe為Voe(t)= × n×Vo×sin(2fst)的有效值，Voe(t)近似等于變壓器輸入的方波電壓，取基波Voe(t)做分析
磁化電流Ioe=××Io×sin(2fst)，其有效值為××
因此得出Ir==
當(dāng)諧振電流越大時(shí)，變壓器的損耗會(huì)越大，產(chǎn)品效率就越低，因此降低Q，產(chǎn)品效率也降低，以下圖2-45是Q,K與諧振電流均方根值的曲線關(guān)系圖：
圖2-45
由此可見K固定之后，Q值越小，初級(jí)電流的有效值越大，在保證ZVS的條件下盡量取大的Q值
G(f)=
LLC的阻抗特性，如圖2-46：
圖2-46
Zin=+sLr+(sLp//Rac)
=Zo[Q*+j(x-+)]
其中x=,k=,Q=,Zo為特征阻抗(在以上公式第二個(gè)等號(hào)的推導(dǎo)中，實(shí)部Zo用來計(jì)算，虛部Zo用來計(jì)算，便能推導(dǎo)得出，Zin特性曲線如下圖2-47：
圖2-47
Zin公式中有三個(gè)未知數(shù)，特征阻抗Zo在fr,Cr,Lr確定后為定值，K的大小也在Lp與Lr確定后不變（曲線中取K=5），Q值會(huì)隨著負(fù)載的變動(dòng)而發(fā)生變化(因此Q值不同會(huì)有不同的曲線)，x會(huì)根據(jù)輸入電壓以及負(fù)載的不同而改變，所以在Zin與x的坐標(biāo)曲線中有n條由于帶載不同而異的曲線，在探討曲線的大致走向時(shí)，輸入電壓變大會(huì)使頻率增加，輸出負(fù)載減小也會(huì)使頻率增加；
在f>fr1的感性區(qū)域內(nèi) ，假如一定輸出負(fù)載的條件下，輸入電壓Uin增大，頻率則會(huì)增加，輸入阻抗zin增加，此時(shí)諧振腔Ir電流減小，維持了輸入功率不變（即Pin=Uin*Ir恒定），同時(shí)Lr上分壓增大（即把輸入電壓增加的部分ΔUin分?jǐn)傇贚r上），確保輸出電壓的穩(wěn)定，當(dāng)輸出負(fù)載減小時(shí)，相當(dāng)于減小了輸出電壓，這時(shí)也需要增加頻率來增加Lr上的分壓以便滿足輸出電壓減小的要求（因?yàn)樨?fù)載的大小在輸出線路上產(chǎn)生的壓降，是通過調(diào)整頻率來補(bǔ)償?shù)�，在LLC串聯(lián)諧振中，因負(fù)載變化頻率變化較小，但因輸入電壓變化則需頻率變化較大，以此來維持輸出電壓的穩(wěn)定）；
在f<fr2的容性區(qū)域內(nèi)，f的減小使得Cr上的容抗增加，因此輸入阻抗Zin也會(huì)增加，在此區(qū)域內(nèi)，輸入電壓降低或者輸出負(fù)載增加都會(huì)使f減小，設(shè)計(jì)時(shí)是要避免進(jìn)入容性區(qū)域，在容性區(qū)內(nèi)電流超前電壓，MOS管開關(guān)瞬間VDS很大，開關(guān)損耗很大，影響電源效率，同時(shí)MOS管發(fā)熱大也影響其本身的壽命。
在公式Zin=Zo[Q*+j(x-+)]中，當(dāng)滿負(fù)載輸出時(shí)，Q值最大，而一般把滿負(fù)載輸出時(shí)設(shè)計(jì)在諧振狀態(tài)下，即虛部為0，由此得x-+=0，即Qmax(x)= ，而最大增益Gmax也是發(fā)生在滿負(fù)載條件下， 因此把Qmax(x)=代入公式Gmax(f)=，可求出x=(Gmax與k為已知量)，因此求出最小工作頻率 fmin=，另外，求出x之后再代回Qmax(x)=中，得出Qmax=*(實(shí)際應(yīng)用中通常取Q的最大值為0.95Qmax)，從而求出 Lr與Cr，再由已知量k求出Lm。
而最高工作頻率發(fā)生在最高輸入電壓與空載時(shí)，此時(shí)Q=0，對應(yīng)的最小增益變成Gmin=，因此得出最大工作頻率fmax=。
ZVS的另外一個(gè)必備條件（如下圖2-48）：
在最高工作頻率周期的Tmin/4時(shí)間內(nèi)，勵(lì)磁電流Im必須把MOS管寄生電容的電量放完，這樣才能實(shí)現(xiàn)ZVS（零電壓開通），即Im=*>(2Coss+Cstray)* ，其中Coss為MOS管的寄生電容（半橋有兩個(gè)MOS管，所以容值為2Coss），Cstray為PCB板上的寄生電容容值）
圖2-48
諧振腔參數(shù)的實(shí)例計(jì)算：
1.輸出指標(biāo)
輸入電壓范圍：VinMin=250V，VinMax=420V
額定輸入電壓：VinNom=400Vdc
額定輸出電壓電流：6.5V/10A，12V/2A
輸出功率：Pout=6.5*10+12*2=89W
2.選擇諧振頻率和工作區(qū)域
諧振頻率fr=100KHz
額定輸入輸出時(shí)電源工作頻率為fr
3. 計(jì)算變壓器的變比和諧振元件值
①理論變比
n===29.8
②最高、最低輸入電壓的增益
Gmin===0.95
Gmax===1.6
③計(jì)算等效為6.5V輸出的負(fù)載電阻和反射電阻
RL===0.47Ω
Rac=nRL=29.8**0.47=338.6Ω
④取k=3，計(jì)算Q，fmin，fmax，Ls，Lp，Cr
Q=0.95**=0.425
fmin==59.5KHz
fmax==108.7KHz
Cr==11nF
Ls==229uH
Lp=k*Lr=3*229=687uH
⑤核算滿足ZVS的條件
Im===0.5A
(2Coss+Cstray)=(2*100+100)*10*=0.42A，其中Coss在所使用MOS管的datasheet里找到，Cstray為PCB的寄生電容，通常取100pF，使用控制芯片L6599的Deadtime為300nS
0.5A>0.42A，因此Im在死區(qū)時(shí)間內(nèi)，足夠放完寄生電容的電量，實(shí)現(xiàn)ZVS的控制，若Im過小，無法在死區(qū)時(shí)間內(nèi)放完寄生電容的電量，則需降低Q值或者降低(Lr+LP)的值
⑥初級(jí)電流有效值
Irms==≈0.4A
⑦M(jìn)OS管Vds上的最大壓降，電流最大值與有效值，以及MOS管的導(dǎo)通損耗
VdsMax=VinMax=420V
IMax_Mos=Iocp
Irms_Mos=0.2A(正半周期和負(fù)半周期的有效值相等，兩個(gè)MOS管各自導(dǎo)通的時(shí)間為半個(gè)周期)
Pconduct_loss= Irms_Mos*Rds=0.04*Rds
⑧次級(jí)整流管電壓，電流，損耗（6.5V輸出）
Vd=2*Vo=2*6.5=13V
Id_Avg==5A(兩個(gè)整流管，各自分擔(dān)一半電流)
Pd_conduct_loss=Vd*Id_Avg=0.2*5=1W(肖特基的壓降為0.2V，輸出電流為正的脈動(dòng)電流，因此用平均值來計(jì)算有效值)
⑨諧振電容電流有效值，最大電壓
ICr_rms= Irms=≈0.4A
VCr_Max≈+*Irms_Max*=+
⑩輸出電容的電流有效值(主路6.5V輸出)
ICo_rms==4.82A(為整流管輸出電流的有效值)
關(guān)鍵點(diǎn)波形：輸入電流諧波分析：
諧波電流
就是將非正弦周期性電流函數(shù)按傅立葉級(jí)數(shù)展開時(shí)，其頻率為原周期電流頻率整數(shù)倍的各正弦分量的統(tǒng)稱。頻率等于原周期電流頻率k倍的諧波電流稱為k次諧波電流，k大于1的各諧波電流也統(tǒng)稱為高次諧波電流；
諧波電流的產(chǎn)生
正弦波電壓施加到非線性負(fù)載，產(chǎn)生非正弦波電流，非正弦波電流在電網(wǎng)阻抗上產(chǎn)生壓降，使得電網(wǎng)電壓波形也形成非正弦波形，對非正弦波進(jìn)行傅立葉級(jí)數(shù)分解，其中頻率與工頻相同的分量稱為基波，頻率大于工頻的分量稱為諧波，簡單的說，正弦波電壓施加到非線性負(fù)載上，產(chǎn)生了諧波電流；
諧波電流的危害
① 對其他電子設(shè)備產(chǎn)生了干擾；
② ②導(dǎo)致額外的能量損失；
諧波電流的抑制
① 裝設(shè)諧波補(bǔ)償裝置來補(bǔ)償諧波;
② 對電子裝置本身進(jìn)行改造，使其不產(chǎn)生諧波，加入PFC控制。
對沒有PFC的開關(guān)電源，測試其輸入諧波電流波形如圖2-49，可見諧波成分很大；
圖2-49
對加入PFC的開關(guān)電源，測其輸入電流的諧波成分，如圖2-50，可見諧波電流得到很大的抑制，諧波成分很��；
圖2-50
輸出瞬態(tài)響應(yīng)
對輸出瞬態(tài)響應(yīng)的測試，可以確定輸出電壓對輸出負(fù)載變化的響應(yīng)速度，如下圖2-51（青色信號(hào)為輸出電壓，設(shè)置耦合AC，帶寬選擇20M，紅色信號(hào)為輸出負(fù)載，當(dāng)負(fù)載瞬間增大時(shí)，輸出電壓往下掉，此時(shí)響應(yīng)時(shí)間從輸出電壓首次退出穩(wěn)定帶開始，到最后一次進(jìn)入穩(wěn)定帶為止的時(shí)間段，測試結(jié)果為70uS）
圖2-51
MOS管的損耗
MOS分為開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗，開關(guān)損耗是指在Vds和Id開關(guān)期間發(fā)生的開關(guān)損耗，導(dǎo)通損耗發(fā)生在MOS管導(dǎo)通狀態(tài)下產(chǎn)生的損耗，如下圖2-52
圖2-52
實(shí)測波形如下圖2-53
圖2-53
初級(jí)開關(guān)管ZVS，次級(jí)整流管ZCS的驗(yàn)證
初級(jí)開關(guān)管ZVS(零電壓開關(guān))：
如下圖2-54，在諧振電路呈感性的狀態(tài)下（實(shí)現(xiàn)ZVS的一個(gè)必要條件），電流滯后電壓，因此MOS管開通前的死區(qū)時(shí)間內(nèi)，電流從MOS管的S級(jí)流向D級(jí)，諧振電流把MOS管寄生電容的電量泄放完畢，MOS內(nèi)部二極管導(dǎo)通，Vds只有內(nèi)部二極管壓降的大小，可近似看作0，此時(shí)開通MOS便能實(shí)現(xiàn)ZVS，在開啟MOS管之前，流過MOS管的電流，有一小段下降比較平緩，原因是在死區(qū)時(shí)間內(nèi)，兩個(gè)MOS管同時(shí)關(guān)斷，由于變壓器是正激，死區(qū)時(shí)間內(nèi)輸出電流為零，Lm沒有被輸出鉗位，此時(shí)Lm與Lr一起參與諧振，故電流下降比較緩慢，當(dāng)MOS管關(guān)斷時(shí)，由于關(guān)斷前，Vds很小（等于Rds*Id），可看作是0，而Coss的存在，使得在關(guān)斷瞬間，Vds兩端電壓不能突變（Coss兩端電壓不能突變），因此關(guān)斷也能實(shí)現(xiàn)ZVS。
圖2-54
次級(jí)整流管ZCS(零電流關(guān)斷)：
在死區(qū)時(shí)間內(nèi)，由于兩個(gè)MOS管都關(guān)斷，使得輸出電流變?yōu)?，因此次級(jí)整流二極管在0電流狀態(tài)下自然關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)ZCS，如下圖2-55
圖2-55
初級(jí)ZVS與次級(jí)ZCS在很大程度上降低了功率器件的損耗，提高了電源的整機(jī)效率，是LLC拓?fù)鋬?yōu)于別的拓?fù)涞闹匾帯?br />
三、總結(jié)：
對開關(guān)電源的各種性能指標(biāo)，以及關(guān)鍵點(diǎn)波形的測試，是電源品質(zhì)保證的一個(gè)重要方法，特別是在設(shè)計(jì)階段，做測試驗(yàn)證的數(shù)量較小，要謹(jǐn)慎處理好出現(xiàn)的每個(gè)問題點(diǎn)，降低量產(chǎn)的不良率。
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