LLC變壓器設(shè)計(jì)中可能遇到的問題解析

LLC拓?fù)涞闹C振式變換器有著零電壓開關(guān)、器件的電壓應(yīng)力低等特點(diǎn)，非常適合在一些高效大功率電源的應(yīng)用上。近來隨著LLC諧振式電源的廣泛應(yīng)用，越來越多的人問到我關(guān)于LLC變壓器的設(shè)計(jì)問題，我在這里例舉了幾個(gè)有代表性的問題，供大家在設(shè)計(jì)的時(shí)候做參考。

-空載電壓的問題:

為什么我的輕載電壓或空載電壓偏高很多?

這個(gè)問題的因素也比較多。其中之一是當(dāng)付邊的繞組的匝數(shù)或?qū)訑?shù)較多的時(shí)候，層間或匝間寄生電容和付邊的漏感發(fā)生一個(gè)寄生的振蕩，輕載的時(shí)候，這個(gè)振鈴的幅度會(huì)達(dá)到很高，導(dǎo)致輸出電壓比設(shè)計(jì)的要高許多。我們可以通過付邊每繞一層后加繞一層膠帶來減低寄生電容，正向的和反向的繞組不采用通常的并繞方式，而采用分層的繞法來抑制這種寄生振蕩。

-線徑的選擇問題:

為什么老化的時(shí)候測到的繞組溫度很高?

LLC變壓器工作在高頻模式下，交變磁場下的導(dǎo)體除了我們所熟知的趨附效應(yīng)(Skineffect)外，還會(huì)反生一個(gè)接近效應(yīng)(Proximityeffect)。趨附效應(yīng)是導(dǎo)體本身磁場對(duì)自己的影響，而接近效應(yīng)是相鄰導(dǎo)體產(chǎn)生的磁場對(duì)它的影響。和反激的變壓器不同，LLC的變壓器原邊的繞組都繞在一邊，電流都是同一個(gè)方向，隨著繞組層數(shù)的增加，接近效應(yīng)就愈發(fā)明顯，因而我們就需要選用更細(xì)的線徑和更多的股數(shù)來解決問題。

-變壓器的飽和問題：

我的變壓器設(shè)計(jì)的工作磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm并不高，為什么我的LLC變壓器磁芯溫度很高?

由于LLC變壓器工作在LC諧振狀態(tài)，LC諧振回路有個(gè)特點(diǎn)就是Q值問題，在這里Q值是大于1的，因而就會(huì)有實(shí)際加在變壓器上的電壓要比輸入電壓高的問題，因而在設(shè)計(jì)變壓器的時(shí)候就必須考慮到這一點(diǎn)，否則變壓器就不是工作在你設(shè)計(jì)的磁感應(yīng)強(qiáng)度上。

由于輸入電壓高的時(shí)候，開關(guān)頻率也比較高，諧振回路的增益也比較低，飽和的問題不大;但當(dāng)輸入是低壓的時(shí)候，開關(guān)頻率比較低，LLC諧振回路的增益較大，因而比較容易發(fā)生變壓器飽和的問題。因而在計(jì)算變壓器需要的最小匝數(shù)時(shí)，就必須乘上一個(gè)你設(shè)計(jì)的增益系數(shù)。考慮到漏感的影響，保守的做法還得乘上耦合系數(shù)的倒數(shù)。

-變壓器原副邊匝數(shù)問題:

為什么實(shí)際的工作頻率和我設(shè)計(jì)的工作頻率點(diǎn)偏離很多?

這個(gè)問題牽扯的原因很多，不太好分析。但我觀察很多設(shè)計(jì)過程中，大家都是先設(shè)計(jì)好原邊的匝數(shù)后，根據(jù)變比來計(jì)算付邊匝數(shù)。這樣一來會(huì)有個(gè)問題，就是計(jì)算出來的付邊匝數(shù)大都不是整數(shù)，大家都喜歡四舍五入來取整，這樣就帶來一個(gè)問題。由于付邊的匝數(shù)很少，四舍五入引起的誤差比率就會(huì)很大。在這里，我們可以根據(jù)計(jì)算出來的付邊匝數(shù)選擇一個(gè)合適的整數(shù)，通過變比反推原邊的匝數(shù)，然后取整。由于原邊的匝數(shù)較多，取整帶來的誤差就相對(duì)較小。