【CLLC】参数设计

ＣＬＬＣ 型三电平双向 ＤＣ／ＤＣ 变换器混合控制策略

设计要求：

​ 400-500V输入，输出48V开关频率范围为：88-170KHz，死区时间t_d=200ns

• 确定谐振频率 CLLC是由LLC改进而来的，先设计一个LLC的谐振网络，再设计剩余的低压侧谐振电容、选取LLC变换器的第二谐振频率为f_LLC=100 kHz.
• 选取励磁电感：
  • i_Lm(t)的峰值电流公式近似计算得到：\(i_{\mathrm{Lmp}}\approx\frac{nU_{\mathrm{ol}}}{L_{\mathrm{m}}} \frac{T_{s}}{4}\)
  • 为保证开关管结电容死区时间内完全放电，i_Lmp需满足：\(i_\text{ Lmp}t_\text{ d}>2C_\text{ oss}U_1\)
  • 由于第二谐振频率处的M₁小于1，\(L_\text{m}<\frac{nU_\text{ol}T_st_\text{d}}{8C_\text{oss}U_1}=\frac{M_1T_st_\text{d}}{16C_\text{oss}}<\frac{t_\text{d}}{16C_\text{oss}f_s}\)​
  • 死区时间t_d=200 ns， 第二谐振频率f_s=100kHz， 结电容C_oss=415 pF。由上面第二个式子可得 L_m<301.2 uH。 所以Lm实际取值280 uH
• 选取电感比值h
  • h=L_m/L_r ，选取h=3，确定谐振电感Lr为84uh，再由\(f_{\mathrm{~LLC}}=1/2\pi \sqrt{L_{\mathrm{~r}}C_{\mathrm{~rl}}}\) 得到高压侧谐振电容C_r1的数值为31.7uf
• 选取谐振电容比值g
  • \(g=C_{r2}/n^2C_{r1}\)​
  • g值太小，则正向电压争议曲线的谐振峰值太高，且在第二谐振频率处的曲线斜率太小，导致变换器在很宽的调节范围内几乎没有电压调节能力
  • g值太大，则反向工作时的直流增益将比正向工作时高很多，不满足设计要求
  • 一般g取值在1-3之间比较合适，取g=2
• 选取变压器的变比n
  • \(n=M_1 \frac{U_1}{2U_{\mathrm{ol}}}\)
  • 根据文中设置，U₁=400，U₀=48 想要M₁小于1，需要小于4.167
  • n取值过小，会导致反向工作所需电压增益变高，开关管工作频率变低，从而会失去ZVS条件，故可初步选取 n=40:11
  • 在得到谐振电容比值g之后，通过\(g=C_{r2}/n^2C_{r1}\) 计算得到:\(C_{r2}=1014.4nF\)
• 计算相位角
  • 移相占空比D和Lm存在对应关系，且在0-0.5内，未必能实现软开关，定义临界移相占空比D₀ 只有当意向占空比满足0<D<D₀的条件时，变换器中所有软开关条件才可全部完成，因此对应于变换器高压侧最大输出电压U_1max，有如下表达式
  • \(\begin{cases}(0.5-D_0)\cos(\pi D_0)=\frac{16L_\text{m}C_\text{oss}}{T_\text{s}t_\text{d}}\\\\U_\text{ol}=\frac{\cos(\pi D_0)U_\text{lmax}}{2n}\end{cases}\) -------->D₀=0.28
  • 移相控制模式中最大移相角为：$_$

参数