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LLC轉換器設計中的電感器和變壓器選擇
LLC轉換器設計中的電感器和變壓器選擇
所有電子產品都需要電源和功率調節，無論它們是大型工業系統還是小型可穿戴設備。如果您正在設計汽車電源管理單元，家用電器或工業電源系統的電源轉換器，則可能會使用LLC轉換器設計進行DC-DC轉換和調節。這種拓撲結構通過簡單的調節方案即可提供高功率轉換效率，但這全都取決于選擇正確的組件。
LLC轉換器設計中至關重要的兩個主要組件是電感器和變壓器。這兩個組件控制功率轉換，并共同確定轉換器級初級側的諧振行為。與PFC電路和控制回路一起設計時，您將擁有適用于各種應用的高效功率轉換器。
LLC轉換器設計的組件
LLC諧振轉換器是一種開關DC-DC轉換器，其中通過使用功率MOSFET調節半橋或全橋電路的驅動頻率來控制輸出電壓。橋接電路的輸出電流流入與變壓器串聯的諧振LC諧振回路中。然后，變壓器將脈沖電壓升壓或降壓到次級側。
轉換器的次級側包含一個橋式整流器電路（由二極管或MOSFET構建），該電路可將輸出電壓/電流整流至穩定的直流電平。電容器組進一步穩定了輸出電壓，并將紋波減小至低噪聲DC值。這些轉換器具有復雜的拓撲，但是控制方法非常簡單，并且轉換器中所需的功能塊可以由一系列可商購的組件來構建。LLC轉換器設計的基本拓撲如下所示。
半橋LLC轉換器設計的拓撲。
與其他需要更改PWM信號的占空比以控制輸出電壓的開關轉換器不同，LLC轉換器需要更改頻率（脈沖頻率調制或PFM）以將輸出電壓設置為所需值。上述半橋LLC轉換器設計中的晶體管Q1和Q2異相切換180度。當高端晶體管導通時，電流流向電容器Cr并對其充電。一旦Q1關閉并且Q2開啟，Cr就會放電。兩個周期在次級側感應出一個電流，然后將其整流為直流電壓。然后，輸出側的電容器組會將輸出電壓平滑至穩定值。
通過利用諧振回路部分（上圖中的LLC電路）中的增益，可以將初級側的電壓調整并保持在所需值。通過反饋環路測得的電壓用于調節來自柵極驅動器電路的PFM信號，該電路利用或多或少地利用了初級側LLC網絡的增益。這是變壓器和電感器變得至關重要的地方，需要對其進行選擇以提供正確的增益范圍。
電感和變壓器選擇標準
電感器和變壓器需要滿足特定的條件才能在LLC轉換器設計中正常運行：
線圈電感值： LLC轉換器級中兩個線圈的電感值取決于電容器Cr的值。典型的電容值為Cr?100 nF至1 uF，因此，在100 kHz（典型的柵極驅動器頻率）附近工作時，初級側電感（Lr）為?0.1 mH。變壓器初級側線圈的電感（Lm）通常約為Lr值的5-10％。
線圈電阻和額定電流：導體的電阻會影響變壓器/電感器中的額定電流。理想情況下，線圈電阻應盡可能低，以減少熱量的產生。
繞組電容。這種寄生效應將決定噪聲的敏感性，如果轉換器為其他高速數字電路模塊供電，這一點就變得很重要。物理上較小的電感器和變壓器將具有較大的繞組電容。
其他初級或次級側線圈：變壓器在初級側可能具有多個線圈，以將電壓降低至?5 V或?3.3 V，以為反饋環路中的外圍設備和系統中的其他組件供電。
占用空間：專為高功率工作而設計的LLC轉換器將具有龐大的組件。在約1 kW的轉換器中，足跡的尺寸可能約為5-10厘米。
Bourns的2300HT系列功率電感器是高功率LLC轉換器設計中常見的一個示例電感器。這些電感器占地面積小（最大直徑為1.28英寸），可承受2.9至38.7 A的電流。它們專門設計用于承受極端環境下大功率轉換器中可能出現的高溫，額定工作溫度為-55至+200°C。它們還具有垂直或水平安裝樣式，如果需要，可為設計人員提供低調的選擇。
2300HT系列電感圖片和機械圖紙。
脈沖變壓器系列是用于高功率LLC轉換器設計的一種選擇。這些變壓器可提供中等功率系統所需的低電感和高額定電流。它們還具有一定范圍的端子，用于在相對較小的封裝中選擇輸出電壓/電流值。
750311591脈沖變壓器的足跡數據示例。
LLC諧振轉換器設計的其他組件
通過組合變壓器的線圈電感和初級電感值，您可以選擇LLC轉換器設計中的可用頻率范圍。其他一些組件將需要出現在上述LLC諧振級的反饋環路中，以及PFC電路中使用的反饋和控制環路中。其中一些組件包括：
精密感測放大器，用于電壓/電流測量
電感和共模扼流圈
低壓穩壓器，用于為外圍設備供電