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LLC只看标称谐振点,负载一变增益就会跑

LLC只看标称谐振点,负载一变增益就会跑

真实实物主题封面,不代表本文实测项目

LLC在标称输入、半载时稳得很好,一到低输入重载,控制器把频率一路压到下限,输出还是差一点;换成高输入轻载,频率又顶到上限。此时只复算谐振频率通常找不到答案。核心判断是:Lr和Cr只确定了基准谐振点,负载会改变等效Q值,所以你面对的不是一条固定增益曲线,而是一族随负载移动的曲线。参数设计必须让所有输入与负载角点都能在允许调频范围内跨过目标增益。

谐振频率不是唯一工作点

半桥LLC的谐振腔由Lr、Cr和Lm共同参与。控制器通常靠改变开关频率调节输出,归一化频率Fx=Fs/Fr只是把实际频率放到同一坐标。Fx接近1时,串联Lr与Cr接近谐振,但系统增益还受到励磁支路、变压器变比和负载的影响。把Fr算准,只能说明坐标原点定了,不能证明整个工作区都能稳压。

负载通过变压器反射成谐振腔看到的交流等效电阻。重载时等效电阻变小,Q值升高;轻载时Q值降低。于是相同励磁比值下,不同Q曲线的峰值、斜率和可调范围都会改变。标称负载那条曲线能穿过目标点,并不保证10%负载和满载曲线也能在控制器频率限值内穿过。

简化等效电路:FHA模型中的Lr、Cr、Lm与Rac。

简化等效电路:FHA模型中的Lr、Cr、Lm与Rac。

先看曲线族,再谈一个参数好不好

增益曲线族把轻载低Q和重载高Q放在同一张图上。在本文的基波近似模型中,定义Ln=Lm/Lr、Q=√(Lr/Cr)/Rac,Rac为折算到原边的交流负载。较大的Q会压低可获得的升压峰值,不能把轻载曲线的峰值当成重载能力。设计还要避开不允许的工作区域,检查电流应力;增益够用只是必要条件。

励磁比Ln同样是取舍。减小Ln往往有利于提高升压能力,但励磁电流也会增加,可能提高导通损耗;增大Ln则可能压缩升压余量。不同资料有的使用m=(Lm+Lr)/Lr,数值等于Ln+1,读图前必须先统一定义。本文图中的Ln=5、三组Q仅用于说明曲线关系,不对应某块600W样机的实测。

FHA计算示例:Ln=5,Q改变后得到不同增益曲线。

FHA计算示例:Ln=5,Q改变后得到不同增益曲线。


把Mmax和Mmin放进所有负载曲线

在输出目标固定时,低输入通常要求较高的归一化增益,可形成Mmax边界;高输入要求较低增益,对应Mmin。先统一变比和半桥系数的归一化方式,再把各负载对应的Q曲线与所需增益叠加。只检查实际要求覆盖的输入、负载组合,不把未定义的极轻载状态硬套成一个有限Rac。

这张图还会暴露控制余量。若某个角点只能在频率极限附近勉强相交,元件容差、温升引起的L和C变化、变压器漏感偏差都会让交点消失。工程上应给频率限值、增益和磁件参数留余量,并把启动、短时掉电保持和保护状态与正常稳态分开校核。

余量也不能只留在频率轴上。为了取得高增益而靠近曲线峰值,可能同时带来更大的谐振电流,磁件温升或功率器件应力先到边界。角点表应把目标增益、所需频率和应力限制并列;某个点数学上有交点,但热设计或控制稳定条件不允许,它仍不是可用工作点。

角点检查示意:输入与负载决定需要验证的组合。

角点检查示意:输入与负载决定需要验证的组合。

按角点表复核,比盯一条波形更快

先列输入最低、标称、最高三列,再列轻载、中载、满载三行。每个格子计算所需增益、反射负载和Q值,并由模型得到目标开关频率。把结果与控制器最小/最大频率、磁件电流和器件应力对照。这样一眼就能看出,是低输入重载缺升压能力,还是高输入轻载缺降压空间。

台架验证时保持输出目标不变,只扫输入和电子负载两个变量,记录频率、输入电流、谐振电流与输出偏差。实测曲线若与模型整体平移,先查Lr、Cr、Lm和变比实测值;只在某个负载段偏离,则查整流压降、同步整流时序和负载模型。不要先改频率限值,因为限值只是暴露问题的位置,不是增益不足的根因。

基波近似适合前期筛选,不等于整机精确模型。很轻的负载下,寄生电容、控制器突发模式和磁件损耗可能成为主要因素;此时不能继续沿用同一条连续调频曲线解释全部行为。若角点落到模型适用范围之外,应转入时域仿真与对应控制模式的验证,再决定参数是否可交付。

计算图读法:频率窗口内能相交,才有进一步校核的基础。

计算图读法:频率窗口内能相交,才有进一步校核的基础。

LLC设计的对象是一组负载曲线,不是一个标称谐振点。下一步把输入高低端与轻重载做成九宫格,逐格核对所需增益、工作频率余量及对应电流应力。你们当前最先顶到频率限值的,是低输入重载角点,还是高输入轻载角点?

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