300W-LLC设计过程

300W LLC 设计过程设计过程 一 输入 90 264VAC 47 63Hz 输出 38 48V 6 25A Pomax 300W 二 设计目标 整机效率 87 PF 0 95 输出纹波 1S R 0 47Uf 2 ln1 587 1S R 0 47Uf 2 0 462 R 2000K 由 Prmax 264 1 414 264 1 414 R Prmax 0 069W 选择三个 510K 1206 的贴片电阻串联 3 6热敏电阻 照明电源浪涌电流采用 40 倍峰值工作电流值 因此 可得 Ip 40 4 01A 160A 所以 R 220V 160A 1 375R 此阻值适用在交流输入端 3 7整流桥 Iacrms Iacmax 4 1A 带 PF 的整流桥的平均整流电流 Id 4 25 0 65 2 76A Ibridge 2 Iacrms 9 5A Vbr 1 25 VDC 1 25 373 466V 因此 整流桥选 15A 800V 3 8工模电感线径 由 R 4 25 5 3 14 的开方 得 R 0 52MM 实际选用线径 0 8MM 的 3 9PFC 控制 IC 选取 ST 的 L6563 其工作模式为 TM 模式 即导通时间固定 死区时间变化 电感峰值电流 Ilpk Iacrms 1 414 2 4 1 1 414 2 11 6A 采样电阻 Rcs 0 088R 采样电阻损耗功率 Pcs 0 0833 12 1 3 10 PFC 电感 Dminmax 400V 85 1 414 400 0 7 设 dB 0 25 由 45T 得到 161 25 0 120 T Ton 15 1us 得到 T 21 56US F 45KHz 电感量 L Vinmin Tonmax Ip 120 15 1 11 6 156Uh 当输入 264VAC 时 L Vinmin Tonmax Ip 373 1 8 12 0 55 95 uH 3 11磁芯 AP w onLo wm onLii we Bjk TP jkB TIU AAAP 22 maxmin 10000 2 005 CM4 35 0 5 2 0 4 14 8 344 2 3 10A 验证 L L VoutPinf VdcVoutVac 2 2 400 8 344 1000 45 2 120400 852 0 0000163H 160uH 400 8 344 1000 45 2 2023000 3 11A 验证频率 Fmin 1 4 2 Vout Vdc PinL Vdc 410 5 114 1 8 344 137 4 5 114 2 uH 0 069 1000000 0 72 49 7KHz Fmin 66 4KHz 1 4 2 Vout Vdc PinL Vdc 410 373 1 8 344 137 4 3732 uH 3 12 输入滤波电容计算 输入电容下限值 由输入电容的最大纹波电压确定 一般 dv 5 Vdc 有以下公式 Cinmin 5 3UF min 5 min min 2 3 2 VdcVdcVoutVdc VoutPinL 5 114 5 5 114410 5 114 410 8 344 137 2 3 2 Cinmax 273 273 14 4uF 2 2 Vin Pin 114 345 2 2 3 13 储能电容计算 储能电容使用 2 100uF 450V 设掉电维持时间为 20MS 则工作的最低电压为 P T C U 2 1 2 344 8 20 10 C U dU 3 2 122 344 8 20 10 200 10 410 dU 3 2 1 6 22 410 dU 68960 22 dU 410 68960 22 dU 314 8V 四 LLC 环路设计过程 4 1 LLC 环路条件 设最低工作频率 Fmin Fr 120KHz Vinmin 314 8V Vinnom 410V Vinmax 430V 则磁芯的 AP 值为 AP CM 16 1 4 Kj Kw F Bm 4 10 Pt 4 1 Kw 窗口占空系数 与导线粗细 绕制工艺及漏感和分布电容的要求等有关 一般低压电源 变压器取 Kw 0 2 0 4 2 Kj 电流密度系数 与铁心形式 温升要求等有关 对于常用的 E 型磁心 当温升要求为 25 时 Kj 366 要求 50 时 Kj 534 环型磁心 当温升要求为 25 时 Kj 250 要求 50 时 Kj 365 3 Pt 344 8 300 1 414 1005 3W AP CM 16 1 4 366 0 3 1000 60 0 2 4 10 1005 3 4 1 99 CM 2 23 CM 16 1 44 验证 1 AP CM 16 1 4 Kj Kw F Bm 2 22 10 Pt 4 2 5 16 1 4 366 0 3 60000 0 2 2 22 10 644 8 16 1 204 2 验证 2 Pin 3 f AP 344 8 3 60 AP AP 1 91 CM 4 4 2 理论变比 n 4 18 VdVo Vinnom 5 0 148 5 0 410 4 3 最低 最高输入电压的增益 Gmin 2n 0 953 Gmax 2n 1 30 maxVin VdVo minVin VdVo 4 4 计算等效为 48V 输出的负载电阻和反射电阻 RL 7 68 RAC n RL 4 18 4 18 7 68 108 8 Po Vo 2 300 482 2 2 3 14 8 2 3 14 8 4 5 设 K 5 4 6 计算 Q fmin fmax Ls Lp Cr Q 0 146 2 73 0 398 max 95 0 GK1max max 2 2 G G K 3 1 5 95 0 13 1 3 1 5 2 2 Fmin 68 8KHz max 1 1 1 2 G K Fr 69 1 1 1 51 120 KHz 743 1 120 Fmax 138 4KHz min 1 1 1 G K Fr 953 0 1 1 51 120 KHz 867 0 120 4 7 Cr 30 6nF 当 Q 0 37 时 Cr 34 1 QRACFr 14 3 2 1 398 0 8 108 120000 14 3 2 1 Ls 53 4uH Lp K Ls 5 53 4 267 1uH Fr RACQ 14 3 2 120000 14 3 2 8 108 37 0 4 8 核算 Im Ip Im 2 4A max 4 max LPLrF Vin 1 267 4 53 4 138 4 430 Immax 3 46A min 4 min LPLrF Vin 1 267 4 53 9 70 4 8 314 Ip 2Coss Cstray 500 10 1 075A Im Ip Td Vin 12 9 10 200 430 4 9 初级电流有效值 Ims 0 186 10 67 1 98A 22 24 2 8FrLp RLn nRL Vo 2 22 24 14 3 8 120000 000267 0 68 7 18 4 2 68 7 18 4 8 48 4 10 MOSFET 电压 电流最大值 电流有效值 4 10 1 VMos VinMax 420V 4 10 2 IMax Mos IOCP 3 46A 4 10 3 Irms Mos 1 4A 2 Irms 4 10 4 PConduct loss Irms Mos Rds Rds 2 4 11 谐振电容电流有效值 最大电压 Icr rms Irms 1 4A Vcr max CrFr Irms Vin 14 3 2 1 max 2 2 max 215 205 420V 因为输出 000000033 0 90000 14 3 2 4 2 4 1 2 2 430 48V F 90KHz 这时候Vcr最高 Vcr 314 8 157 4 337 494V CrFr Icr 14 3 2 1 max 2 2 8 314 4 12 次级整流管电压 电流 损耗 48V输出 4 11 1VD Max 2 VO 2 48 96 4 11 2 Id AVG 3 125A Idpk 6 79A 公式自设置 不一定对 2 Io 2 25 6 2 65 0 125 3 5 1 变压器实际变比 Nreal n 4 18 4 18 1 09 4 57 N48 4 11 Lp LpLr 1 267 1 267 4 53 由于输出在38 48V内 都要在零电压导通状态下工作 因此 输出38V时候 电源频率为120KHz 则在 输出48V时 电源频率为在68 8 120KHz之间 假如实际变比为0 95 Nreal 4 34 则此时相当于增益变 小 设测试N2 0 9n则 G48 2n 1 08 9 0 Vinnom VdVo F48 93 1KHz 48 1 1 1 2 G K Fr 69 1 1 1 51 120 KHz 29 1 120 6 1 变压器初级匝数 Np 1000 1000 22T AedBF VdVoN min 2 48 165 4 0 68 2 49 11 4 6 2 输出滤波电容设计 设输出电压的采样频率为10T 纹波电压为dV 2 Vo T 10 110US RC 34 10 得 9 0 10 6 R R 0 1536 Cout 10 2213Uf Iout dV 1536 0 10 34 6 另一个公式 Iopk 9 8A Iorms 4 42A Icrms 8 7A 2 14 3 Io 2 Io 22 IormsIopk Resr 0 055R Cout 2 1214uF 7 8 48 0 055 0 10 34 6 6 3 输出差模电感计算 设输出电容为470UF 有 L 2 4uH Cout srCclc 2 Re 00047 0 0142 0 002350 0 2 6 4 最小工作频率设置 RFmin 10 3K 取10K 则Fmin 70 9K min 3 1 FCFkPF 8 68 470 3 1 最大工作频率设置 设Fmax 180K RFmax 6 36K 取6 2K 1 min max min F F RF 1 70 180 10 khz khz K 则RFmax 182KHz 最大开机频率设置 Rss 2 5K 1 min min F Fstart RF 1 70 350 10 K Css 1 2UF 如果启动电容Css太大导致其放电速度不足够快 Rss 3 10 3 K5 2 10 3 3 或者变压器磁饱和 或者次级整流器短路 6 5过载环路计算 6 5 1适用电容分流的无损电流检测方法 6 5 2RB RB 109 6R 1 14 3 8 0 Ca Cr Icrpkx 22 0 33 1 46 3 14 3 8 0 nF nF 6 5 3因为RB RA 所以设RA 10K 6 5 4CB 1 3UF 实际应用约实际应用约0 1uF min 10 FRB70000 110 10 验证谐振环路 验证谐振环路 1 电压增益 Min 0 106 Mnom 0 117 Mmax 0 152 maxVin Vout 450 48 Vinnom Vout 410 48 minVin Vout 8 314 48 2 最大频率比 Xmax 1 5 Fr F max 120 180 3 谐振腔电压增益 a 4 27 Mnom 2 1 117 0 2 1 4 K值 K 8 16 0 55 4 5 max 1 1 min 21 min 2 2 XMa Ma 5 1 1 1 106 0 27 4 21 106 0 27 4 2 2 5 Qmax1 k 1 max 2 1 Ma K Ma Ma 1max 2 max 2 2 2 5 4 1 152 0 27 4 2 1 K 1 152 0 27 4 2 152 0 27 4 2 2 2 0 222 0 449 3 1 1 5 4 13 1 3 1 2 2 6 Re 113 6RRa 14 3 14 3 8 2 300 48 27 4 14 3 14 3 8 2 2 7 Qmax2 cos2 Re max 1 1 4 14 3 Cstrays Td XK 10 10010 150 2 6 113 10 200 5 1 5 41 1 4 14 3 1212 9 0 4175 8 Qs