LLC开关电源开发：第二节，LLC电路原理设计
LLC电路原理设计文章目录
，结合计算书，对整体方案参数进行介绍。
一、电路设计指标要求
二、 电路设计整体方案
本开发板设计输出满载功率为 100W，输入低压，输出低压，功率小，使用数字控制方式，控制器与驱动线路损耗占比较大。根据电源技术要求和当前主流开关电源技术，开发板设计使用软开关技术，降低开关损耗和开关电压应力。
综上技术要求并结合当前先进软开关电源技术，开发板设计采用全桥 LLC 拓扑结构。 全桥 LLC 软开通技术具备很多优势，MOS 管工作在零电压开通，开通损耗小，副边二极管工作在零电流关断，反向恢复损耗小，关断损耗小。
开发板的方案设计框图如下：
整个电源设计分 8 部分组成：
1）全桥 LLC 原边 MOS 电路；
2）LLC 谐振网络；
3）中心抽头隔离变压器，实现能量传递和原副边隔离；
4）输出整流电路，LLC 输出整流与滤波；
5）隔离驱动，实现原边 MOS 驱动与副边控制器隔离；
6）控制器，采集输出电压电流信号，环路计算得到原边驱动信号；
7）辅助电源 1：产生原边驱动供电 12V;
8）辅助电源 2：产生副边控制器供电，驱动福边供电 5V；
三、 电路方案参数计算
3.1 mos选型
当输入电压最低，输出满载功率时，计算输入电流平均值：
全桥 LLC，单个 MOS 上承受最大输入电流为谐振电流的最大值。计算变压器原边电流
最大值（0.95 为假设效率值）：
计算变压器激磁电流为：
计算谐振电流有效值为：
计算谐振电流峰值（假设正弦电流）：
流经单颗 MOS 的最大电流为谐振电流(谐振点)的最大值，为 7.8A。
MOS 选型耐电流值按其最大电流的 2 倍取余量，即为 15.6A：
全桥 LLC 输入电压为 24V，由 LLC 工作原理可知，当主 MOS 关断时，功率管 DS 管脚上的平台承受输入电压。同时因为 LLC 实际工作时为软开通，功率管上不会出现高于输入电压的瞬间尖峰电压。取 1.3 倍余量:
选取耐压等级大于 40V 的 MOS 管。
综上计算，可以选取耐压等级大于 40V，且承受电流能力大于 20A 的低压 MOS。
查找 MOS 管生产厂家,要选用市场上容易购买的型号,实际选用的 MOS 管电流参数应大
于理论计算的最大值即可。为了保证板子最自然冷散热需求，选取具有较大散热面积的 PGTDSON-8 封装、导通内阻较小的 MOS 管，型号为 BSC050N04LS。
从半导体工艺知道，MOS 管的栅极输入阻抗理论是无穷大的，同时栅源极（GS）电容
非常小，微小的电荷都有可能让 MOS 管导通。实际设计时在每个 MOS 管栅极和源极之间并
一个电阻，通常为 10k。以防止在静态时 MOS 管误导通。
3.2 副边整流二极管选型
根据输出电压和电流范围确定副边比较合适整流方式为中心抽头全波整流，计算流经单颗二极管最大电流为：
考虑到高频运行情况与异常短路冲击电流，选取 2~3 倍余量耐冲击电流值，即二极管的最小耐冲击电流值为：
为了保证板子最自然冷散热需求，选取具有较大散热面积的 DPAK 封装。选当输出电压最高时，二极管上承受最大压降,留取 1.2 倍余量：
即可选型额定通电能力在 13A 以上，耐压 100 的快恢复二极管，型号为MBRD10100CT。
3.3 LC 谐振元件设计
设计谐振 Fr（谐振开关频率）50kHz，额定输入电压为 24Vdc。额定输出电压 24Vdc，额定输出电流 4 A，电源效率大于 0.95。假设输出整流二极管和线路上的压降为 1.5V。
计算变压器原副边变比：
根据传统 LLC 经验值定义 H 值和 Qe 值：
计算 LLC 输入输出增益：
绘制不同 Qe 值下的 LLC 增益曲线：
LLC 输出负载计算：
输出等效负载计算：
计算 LLC 谐振电容：
计算 LLC 谐振电感：
计算变压器激磁电感值：
3.4 LLC 主变压器及电感绕制设计
根据功率等级选取 PQ3230 磁芯（PC40 材质）作为主变压器设计，定义磁芯额定工况下工作的最大 B 值为 150mT，计算变压器原边匝数：
根据原副边匝比关系计算得副边匝比为 5 匝。
定自然冷情况下设置较小的电流密度，定义变压器工作原副边线圈电流密度为 4A/cm2 ，采用 0.1 的励磁线绕制。计算原副边绕线股数：
即变压器原边采用 150 股0.1 的漆包线绕制，副边采用 50 股0.1 的漆包线绕制。
采用 PQ2020 磁性（PC40 材质）作为谐振电感磁芯，定义磁芯额定工况下工作的最大 B值为 120mT，计算电感绕制匝数：
电感绕制 7 匝。
定义电感工作线圈电流密度为 6A/cm2 ，采用 0.1 的励磁线绕制，使用与变压器原边绕组一样的漆包线绕制。
3.5 LLC 输出整流滤波设计
整流的原理是将变压器输出的高频交流变为只有正脉冲的直流。滤波的原理是利用电容电压不能突变，通过滤波电容不断的充电与放电将只有正脉冲直流信号的电压波形平滑成稳定的直流电压信号。
滤波电容通常采用铝电解电容。电解电容的容量大小根据变压器输出峰值电流而定，峰值电流越大，电容量越大。因为输出电压纹波由电容本身寄生电阻决定，输出峰值电流越大，峰值电流在寄生电阻上产生的压降越大，输出纹波也越大，同时铝电解电容通常容量越大，寄生电阻越小。理论情况是电容量越大越好，但容量越大，价格越高，这样会增加电源系统成本。
输出满载时，输出电流为 4A。计算副边整流电流峰值：
计算副边整流电流有效值：
计算电容电流有效值：
计算总电容 ESR 值（Vor 为目标纹波，取 120mV）：
根据经验值(120u)计算总电容值：
即输出电容的容量值需大于 1mF，且耐压值大于 30V。选用耐压 35V，容量值为 470uF 的三颗铝电解并联。
总结
文中计算所用的量级定义如下所示，后续对原理图进行介绍。
