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ZHCACS9 june 2023 UCC256402 , UCC256403 , UCC256404

1.1.1 采用 T 型變壓器模型的 LLC 設(shè)計(jì)

參考文獻(xiàn) [19] 顯示了使用 APR 模型的 LLC 設(shè)計(jì)，而參考文獻(xiàn) [1] 顯示了使用 T 型變壓器模型的 LLC 設(shè)計(jì)。在這里，對(duì)于此設(shè)計(jì)示例，考慮了 T 型變壓器模型的 UCC25640xEVM 規(guī)格[3]。

表 1-1 UCC25640EVM-020 規(guī)格

參數(shù)		測(cè)試條件	最小值	典型值	最大值	單位
	輸入特性
	直流電壓范圍		365	390	410	VDC
	交流電壓范圍		85		265	VAC
	交流電壓頻率		47		63	Hz
	輸入直流 UVLO 打開(kāi)			365		VDC
	輸入直流 UVLO 關(guān)閉			330		VDC
	輸出特性
V_OUT	輸出電壓 - 正常模式	滿負(fù)載 = 15A 時(shí)的突發(fā)模式閾值		12		VDC
I_OUT	輸出負(fù)載電流	365 至 410 VDC			15	A
	輸出電壓紋波	390VDC 且滿負(fù)載 = 15 A		120		mVpp
	系統(tǒng)特點(diǎn)
	諧振頻率			100		kHz
	峰值效率	390 VDC，負(fù)載 = 8A		93%
	工作溫度	自然對(duì)流		25		°C

采用 T 型變壓器模型的 LLC 電壓增益

方程式 7 給出了圖 1-5 中所示的 T 型變壓器模型的電壓增益表達(dá)式。

方程式 7.

電壓 ? 增益： ? ? ? M (k, f r, Q) = \frac{1}{\sqrt{{[\frac{1}{k} {[1 ? \frac{1 ? k^{2}}{f r^{2}}]}^{2}]}^{2} + {[\frac{1}{k ? Q} [f r ? \frac{1}{f r}]]}^{2}}}

其中

$常態(tài)化 ? 頻率： ? ? ? ? ? f r = \frac{ω}{ω_{0}} ?$

$\begin{array}{l} 角度 ? 諧振 ? 頻率 ? ? 之間 ? 泄漏 ? 電感 ? （次級(jí)側(cè)完全短路時(shí)的 \\ 初級(jí)側(cè)電感） ? 和 ? Cr： ? ? ? ? ω_{0} = \frac{1}{\sqrt{L_{l k} ? C_{r}}} \end{array}$

$\begin{array}{l} 角度 ? 諧振 ? 頻率 ? ? 之間 ? 主要 ? 電感 ? （初級(jí)繞組的 \\ 自感） ? 和 ? Cr： ? ? ? ? ? ? ω_{s} = \frac{1}{\sqrt{L_{p} ? C_{r}}} \end{array}$

$特性阻抗： ? ? Z_{0} = \sqrt{\frac{L_{l k}}{C_{r}}}$

$? ? ? ? ? Q = \frac{R_{a c}}{Z_{0}} = \frac{8 ? n^{2}}{π^{2}} ? \frac{R_{L}}{Z_{0}}$

$n ：初級(jí)/次級(jí)匝數(shù)比$

$k : 變壓器初級(jí)繞組和次級(jí)繞組之間的耦合系數(shù)$

設(shè)計(jì)示例

方程式 8.

標(biāo)稱輸入電壓： V_{i n_N o m} = 390 V

方程式 9.

輸出電壓： V_{o u t} = 12 V

方程式 10.

標(biāo)稱輸出功率： P_{o u t} = 180 W

方程式 11.

輸出電壓紋波： 120 m V p p

方程式 12.

功率損耗引起的壓降： V_{l o s s} = \frac{\frac{180 W}{93 %} ? 7 %}{15 A} = 0.9 V

方程式 13.

本設(shè)計(jì)考慮的耦合系數(shù)： k = 0.92

方程式 14.

諧振頻率下的增益： M_{f o} = \frac{1}{k} = 1.087

方程式 15.

初級(jí)/次級(jí)匝數(shù)比： n = M_{f o} ? \frac{V_{i n_N o m}}{2 ? (V_{o u t} + V_{l o s s})} ? 16.5

方程式 16.

等效輸出負(fù)載電阻： R_{L} = \frac{12 V^{2}}{180 W} = 0.8 Ω

方程式 17.

等效交流負(fù)載電阻： R_{a c} = \frac{8 ? n^{2}}{π^{2}} ? R_{L} = 176.542

方程式 18.

最小直流 ? 輸入電壓： V_{i n_\min} = 365 V

方程式 19.

最大直流 ? 輸入電壓： V_{i n_\min} = 410 V

方程式 20.

最大增益要求： M_{\max} = \frac{2 n ? (V_{o u t_最大值} + V_{l o s s})}{V_{i n_\min}} = \frac{2 ? 16.5 ? (12 + 0.06 + 0.9)}{365} = 1.172

方程式 21.

最小增益要求： M_{\min} = \frac{2 n ? (V_{o u t_\min} + V_{l o s s})}{V_{i n_\max}} = \frac{2 ? 16.5 ? (12 ? 0.06 + 0.9)}{410} = 1.033

方程式 22.

本設(shè)計(jì)考慮的 Q 為 3.5

圖 1-8 k=0.92 和 Q=3.5 時(shí)的增益頻率圖

方程式 23.

特性阻抗： ? ? Z_{0} = \frac{R_{a c}}{Q} = \frac{176.542}{3.5} = 51.5

方程式 24.

諧振頻率： f_{o} = 100 k H z

方程式 25.

{諧振電容器值：C}_{r} = \frac{1}{2 π ? Z_{0} ? f_{o}} = 31.5 n F

方程式 26.

次級(jí)短路時(shí)的初級(jí)漏電感： L_{l k} = \frac{Z_{0}}{2 π f_{o}} = 80 μ H

方程式 27.

次級(jí)開(kāi)路時(shí)的初級(jí)電感： L_{p} = \frac{L_{l k}}{1 ? k^{2}} = 522 μ H

方程式 28.

{所選諧振電容值的最終值：C}_{r} = 30 n F

方程式 29.

\begin{array}{l} 變壓器數(shù)據(jù)表中列出的漏電感、初級(jí)電感 \\ 和匝數(shù)比值： L_{l k} = 82 μ H, L_{p} = 510 μ H, n = 16.5 \end{array}

方程式 30.

最終諧振頻率： f_{0} = \frac{1}{2 π \sqrt{L_{l k} ? C_{r}}} = 101.5 k H z ? ?