LLC谐振电路的参数设计原则

LLC谐振电路参数选择是一个折中的过程，需要结合输入电压范围，输出电压范围，负载范围，效率指标以及器件设计和选型等寻求一个优化的结果，具体的需要通过matchcad计算，saber仿真，并最终结合实验来调整和优化参数，满足规格书的各项指标。

LLC谐振电路需要确定三个主电路参数，分别是谐振电感Lr，谐振电容Cr和励磁电感Lm。三个参数相互关联，更改任何一个参数，都会涉及到整个电路工作状态的改变，因此需要纳入统一的范畴来考虑。

因此必须结合LLC谐振电路的特性，考虑LLC谐振参数设计必须遵循的一些原则，从众多的参数中初步筛选一些较合理的参数。

图8 LLC谐振拓扑电压增益曲线图

① 考虑效率指标的要求，为了54V输出时达到最高效率，根据LLC谐振电路特性，当工作频率等于谐振频率时，MOSFET关断电流为零，DC/DC开关管损耗最低，当工作频率低于谐振频率时，输出二极管可以实现零电流关断，消除了二极管的反向恢复所带来的损耗和EMC问题，因此在54V输出的情况下，当开关频率略低于谐振频率并尽可能接近谐振频率时，可以获得最大效率。

② Q值的选取，负载特性参数Q值将影响很多因素，从上图可以看出，在匝比已经确定的情况下，为了满足最大输出58V的要求，Q值要求小于1，并且越小越好。但在低压输出的情况下（即工作频率高于谐振频率的2区），较小的Q值将导致电压增益曲线很平缓，为了达到低电压输出要求，要么要求控制电路需要非常宽广的工作频率范围，要么要求控制电路很早进入调宽状态，前者显然很难实现，后者则对环路不利。因此Q值的选取应该在0.5～1之间，具体的需要结合其他因素权衡考虑。

③ MOSFET关断电流的大小，MOSFET的关断电流越小，其开关损耗也就越小，但过小的关断电流可能导致谐振电感和励磁电感储能不足，从而在下半个周期开始时丧失ZVS的条件，因此满载时MOSFET关断电流的大小应该有个合适的范围，大致以峰值电流的1/5～1/3为宜。

④ Lm/Lr的范围，励磁电感和谐振电感的比率其实也直接决定上图所示的电压增益，这个比率越低，1区的电压增益越高，对输出电压调节和环路的单调性越有利，但这个比率越低也意味着MOSFET关断电流也就越大，因此同样需要一个合理的范围，以1/5～1/3为宜。

⑤ 谐振电容Cr的选取，由于MOSFET结电容等寄生参数的存在，谐振电容Cr的选取必须尽可能减小这些寄生参数对谐振网络的影响，一般Cr的值应该大于MOSFET结电容（与能量相关的等效输出结电容）的10倍以上，在全桥电路中，应该大于两个MOSFET结电容之和的十倍。

⑥ 在特定的输出电压下，为了保持环路的单调性，要求在特定的增益曲线上输出该电压时的工作频率应该与最高点的转折频率保持一定的裕量，以满足调频控制时频率的变化不会跨过转折频率，从而避免环路呈现不单调性（即一个输出电压对应两个可能的开关频率），一般来说根据实验观察，该裕量应该保持在20kHz以上或能够保持环路绝对单调。

低压大电流输出是非常恶劣的情况，由于开关频率接近谐振频率的2倍频，MOSFET关断电流很大，且开关频率较高，MOSFET的关断损耗急剧增大，导致MOSFET的散热问题非常突出，并可能导致炸机问题。因此要求在全输出电压和全负载范围内，电路的工作频率范围越小越好，最高频率必须考虑低压大电流情况下MOSFET的损耗和热，并要求在较低的输出电压下（比如20V输出）仍然保持调频控制而不是进入调宽态。