表1是按照上面图2所示步骤得到的计算值与实际电路中使用的数值的比较,从表1的对比可以发现计算值与实际值之间的误差较大。
表1.LLC主电路参数计算值和实际值
电路参数 | 一江春水向东流任正非计算值 | 实际值 |
| 5.45uH | 23uH |
| 464.77nF | 99nF |
| 1.29mH | 260uH |
系谱变压器变比n | 0.518(390/753.6) | 0.525(21/40) |
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由于励磁电感的计算会导致后续谐振电感参数和谐振电容参数的误差,因此,为了到计算的来源,首先得分析励磁电感计算的正确与否。下面是对励磁电感计算的方法。
为了保证原边开关管完全实现零电压开通,在死区时间内励磁电流的峰值需要满足维持开关管寄生电容充放电所需要的能量,因此有
上式中imax是励磁电流最大值,tdead是开关管的死区时间,Crss是MOSFET的寄生电容,Uin-LLC是LLC谐振变换器的输入电压。
当LLC谐振变换器的工作频率等于谐振频率时,谐振电流可以简化为正弦波,而励磁电流则简化为三角波,由于在一个开关周期内励磁电感充放电能量相等,对T/4时间内积分可以得到励磁电流最大值
上式中ULm是励磁电感电压,当其被输出电压钳位时有ULm=n(Uo+2UD),由零电压开
通条件表达式和励磁电流最大值表达式可以得到励磁电感的取值上限
代入数字计算得Lm(max)=1.29mH
上面的计算方法中原理和公式都没有错误,可能存在问题的地方是励磁电感上限计算公式代入的数值有误。经过对比,发现之前的计算中有两个数值有误,第一是死区时间tdead,因为LLC电路的控制芯片是L6599,其手册中给出的死区时间是个固定值,为300ns,而我们在实际调试过程中用示波器测试发现死区时间是800ns;第二,MOSFET的寄生电容有误。我理想的认为,MOSFET开关管(型号为SPW47N60C3)手册中给出的Reverse transfer capacitance(Crss)就是漏源极之间的寄生电容,实则不然。下图3是仙童(Fairchild)公司发布的一个MOSFET基础手册中对MOSFET寄生电容等效电路的示意。
湖南师范大学学报
图3.MOSFET寄生电容等效电路
而绝大数MOSFET数据手册中给出的往往不是图3中标注的栅源漏极之间的电容,一般给出的是输入电容Ciss(Input capacitance)、输出电容(Output capacitance)和反向传输电容(Reverse transfer capacitance),事实上输入电容、输出电容和反向传输电容与MOSFET开关管中栅漏极电容、漏源极电容和栅源极电容没有一一对应关系,它们之间的关系是这样的
MOSFET开关管(型号为SPW47N60C3)手册中给出的Ciss=6800pF,Coss=2200pF,
Crss钟阳阳=145pF,这样计算得到MOSFET漏源极之间的电容Cds=2055pF。将周期T=1/100000s,
tdead=800ns,Cds=2055pF代入励磁电感上限值计算公式可以得到Lm=243.31uH,这与实
际电路取的Lmgs1m=260uH值比较接近。
另外,在计算电感系数和品质因数时往往要选取最小的品质因数作为我们计算的依
据,但是在计算过程中我取的品质因数值是最大值,因此导致电感系数计算有误。
按照新的计算方法,得到谐振电感值为31uH,谐振电容值为82nF,这两个参数都
与实际使用的参数比较接近。考虑到实际电路中对计算的参数值进行了取整和微调,因
此以上方法计算出的参数值依然有参考意义。