LLC主电路详细设计计算书

第二章主电路详细设计计算书第一节输入EMI和软启动部分详细设计计算书、主要技术条件和输入输出接口输入工作电压范围323-475Vac过压动作点485±10Vac；迟差：10—25VacVac欠压动作点313±10Vac，迟差：10—25VacEMI:模块的传导到达EN55022的标准，输出最大功率4400W额定输入电压380Vac，输出48V,输出电流92A,效率输出效率大于92%。模块最高静态耐压为500Vac三、 设计中的变量说明无四、 输入EMI和软启动部分计算过程输入整流桥模块的输出功率最大为4400W,由于电压输入模块效率比额定输入时电压低，因此效率假设为91%，功率因数最小为0.9，输入电压最低为330VAC，最高工作电压为440VAC，最高静态电压为500VAC，故：整流桥承受的最高反压Vf=500*1.414=707V。输入的最大电流为，44000.9144000.91x0.9x290=10.7A。考虑电网的波动、浪涌、雷击等情况，采用1600V/35A的桥堆•参数1600V/35A/1.7V/卧式/28.5*28.5*10mm。假定输入滤波电感电流连续，则输入电感中的电流的平均值如下Imax= =14.13A0.91x0.9x380则所有整流桥的二极管的最大功耗为W=14.13X1.7X2=48.042W输出滤波电容输入滤波电容在这里具有两个作用，一个是平滑输入电压，流过它的电流为300HZ的电流，对功率因数起决定作用，另一个作用是吸收后级DC/DC变换器的开关纹波电流。后级DC/DC变换器的纹波电流，设计输入滤波电感的电流连续，近似取输出滤波电感的纹波电流有效值，最大值取2.2A，折算到原边为2.3A。 铝电解电容器-400V-680口F±20%-35*50-85°C电容能通过的纹波电流有效值为3.08A，在50K时的纹波电流为3.08*1.43, 采用6个串并联。输入滤波电容、滤波电感量与输入功率因数关系很大，经过仿真研究，输入滤波电感为3mH左右，功率因数大约在0.90,输入滤波电感在5mH，功率因数大约在0.92，因此取L±5mH，C2680UF。但输入电流在输入电源电压不平衡情况下会出严重不平衡现象，因此会造成电感纹波电流变大，甚至饱和，因此电容的纹波电流变大。为此必须增加电容量，试验证明，采用6个电容能满足设计要求，因此：实际设计取：L=7mH；C=1020Uf。输入滤波电感的直流电阻限制在30毫欧，其损耗为W沁18.3x18.3x0.03=10W第二节DCDC部分详细设计计算书一：工作条件DC/DC变换器采用全桥移相控制：控制芯片为UC3895。输入：DC400~650V额定510V最高输入电压：707V输出：DC48V~68V @0~92A

最大输出功率4400W最大占空比：D=1（UC3895的最大占空比），考虑MOSFET的关断时间及死区max时间余量及移相的占空比丢失，取D=0.9。max开关频率：fs=70kHZ假定效率为91%。二、变压器设计1、变压器变比：考虑副边整流二极管的导通压降和输出滤波电感等线路压降为2V,输出电压最大约为68V。400x0.968x0.92=4.871N=Vin(min)%400x0.968x0.92=4.871Vo(max)2、磁芯的选取：选取永磁公司，材质为DMR40P的磁芯，饱和磁感应强度为0.4T，考虑模块的软启动，AB取0.15T,全桥是2倍AB，电流密度J取4A/mm2=500A/cm2。AA-Pox4…Q06贝^Ap=Ae*Aw=we- =17.08cm4取 Po（max）=4400Wn=0.92电B=3000GsJ=4A/mm2k=0.3Fs=70kDmaxDmax=0.9采用双磁芯EE5517.08采用双磁芯EE5517.08cm4，满足要求。变压器匝数计算：取2AB=0.3TAe=708mm2；Aw=386.34mm2，Ap=27.35cm4>400x0.9x 2x70x103=12ii0.3x400x0.9x 2x70x103=12ii0.3x7.08x10-4 '取Np=20T则Ns二Np/N=4T故实际N二Np/Ns=5验证占空比：a.在最低输入，最高输出的情况下,VxN68x5Vin=400V时，Dmax==O(max) = =0.85V 400in(min)b.在最高输入，最低输出的情况下，VxN68x5Vin=650V，Vo=48时，Dmin==-o(min) —V 650in(max)Vin=510V,V0=56V时，D=0.54c.工作中取:Bmax==BVINminxTomax— —2.54mT2 NPxAe2、变压器线规计算变压器副边电流有效值:/rms—...肓唏2dT-.DIoIrmsmax=.DxI—.0.85x92—84A7max0原边最大激磁电流一般取原边电流的5%。原边电流最大有效值prms(max)rms(max)Nx1.05—84x1.05—17.64A5J取4A/mm2，原边所需面积为18—4.5mm2则副边所需面积为--21mm2考虑集肤效应，铜的透入深度为考虑集肤效应，穿透深度计算：故选用铜线的直径小于0.66mm。实际原边选用AWG24#的线（裸线截面积为0.2047mm2,截面积为0.2514mm2，直径为0.566mm，单位厘米的电阻为842.1口Q）原边所需根数为： 上乞=220.2047原边采用11根并绕，分两次绕制。21副边所需根数为： =28。0.75副边采用12根并绕，分两次绕制原副边的绕制的方式为：副边－原边－副边-原边。L二AxN2二7100nHx2x202二5.68mH最小为-20%即为4.5mHL激磁电流最大为I=VminxT= 400x8u=0.71Alon4.5mH为了减小激磁电流，要求主变压器的激磁电感大于4.5mH。最大漏感为（取0.1%）L=Lx0.1%=4.5uHM要求漏感不超过6uH。四、谐振电感设计原边电流最大值近似峰值Ipp=12.7A。为使额定输入条件下，滞后臂开关在1/3以上实现ZVS,MOSFET的输出电容为14嘶，故1=-YU/2==4・53A即1L12>4CV24/3x1480x10-6x5104/3x1480x10-6x5102L>2x=49uH4.532

考虑变压器漏感也参与谐振，因此谐振电感L取45yH±10%。、原边谐振电容：由于采用IXYS的IXFX27N80MOSFET，其输出电容为：750pf（典型值），两个并联为1.5nF，因此超前桥臂和滞后桥臂均不再并谐振电容。、隔直电容：隔直电容的充电电流最大为20A，考虑原边电流不恒定，取95%时间电流为输出电流折算原边值，取最大纹波电压为50V（峰峰），I*dt20x10x0.95C= = =3.8uFdu 50考虑到电容损耗，取四个隔直1uF电容。七、副边滤波电感量大小的计算取10%的纹波/iL=42X10%=4.2A=32uHVxAt 68x10x(1-0.8)=32uHL= =—Ai 4.2实际选用60yH±10%电感。号为KS300-125A，BeforeCoatingAfterCoalingKDM

*artNo.ODfMasj

tn/mmIDiMin)

in,'mmii/mrriOD(Max)

in/mmin/minHttMas)

in/inrnfe

jn/cmAein7cm3V

号为KS300-125A，BeforeCoatingAfterCoalingKDM

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inVcm3KC300Z20.0002.tKH)X饱和磁感应强度为0.4T，AB取0.25T，电流密度J取5A/mm2=0.05A/cm2。绕制的匝数为：24T,采用两个此磁环，则实际绕线扎数为12T磁芯损耗为：2.27W,线损为：12.69W八、 输出滤波电容的计算据是输出纹波为100mV考虑电容的高频特性，实选100V/680pFX4九、功率元器件的选取1、功率管设计输入电压最大为500V，经过三相整流桥整流后的直流母线电压最高为707V工作电压最高还按480V来设计，则为：V=1.35480=648V在全桥电路中，可以采取一些有效的吸收回路，使功率管的电压尖峰不超过700V,MOSFET的电压降额取0.9,则可选用的功率管的电压为800V。若副边纹波取20A，激励电流取5%,贝V原边峰值电流为(22)/1.2XC1.05)=19.25A。电流的有效值为:、沏°/N=詡巨x19.25=12.17选用IXYS的IXFR44N80P(800V,25A)并联，该功率管的参数如下：Rds=0.19Q,Ciss=12nF；Coss=910pF高温下功率管的导通损耗为：P=12R=12.172x0.19十2x1.5=21.1WW。d开通由于采用零电压开通，可以忽略。关断损耗：UI 91022P=—x-xTxf=x x(150E-9)x50000=10.8off6n d6 5功率管满载的总损耗P=Pconduction+Poff=31.9W四路MOS管总损耗为4*31.9=127.6W结温Tj计算：IXFR44N80P的热阻Rjc=0.42°C/W管子最高允许的壳温为：Tc,max=135－91.5/2X0.42=116°C

实际控制管壳温度不超过110度。2、输出整流二极管设计变压器的最高输入可以为650V,则VS=650/5=130V二极管承受的反压为130V。由于动态时可能尖峰超过130V,因此选择300V的二极管比较安全。电流的峰值的最大值为92A。电流的平均值为92/2=46A。输出二极管应选取导通压降低，反向恢复