半桥LLC效率低下原因及解决

时间:2022-03-15作者:佚名

LLC电路拥有开关损耗小的特点,适用于高频和高功率的设计。但很多人会遇到自己设计出的LLC电路功率偏低的问题,导致LLC电路功率低下的问题多种多样,本文将以一个半桥谐振LLC为例,全面的观察功率低下的原因,并试着给出相应的解决办法。

在这个例子当中,LLC和PFC基本都在运行,但效率仅为88%,经过多次试验得出如下一组参数,能获得87-88%的效率,便无法在继续提高。下面是谐振网络的参数和波形。

PFC铁硅铝磁环AS130,外径33mm,磁导率60,电感量330uH,75圈0.75MM铜线。

PFC二极管:MUR460;

PFCMOSFET:7N60;

PFC输出电压395V,能正常运行;

负载:输出24V,6A146W;

LLC级谐振网络:

谐振电感:Ls175uH;

谐振电容:Cs,15nF;

励磁电感:Lm,850uH;

M=Lm/Ls=5;

Q=0.5;

Fr=100KHZ;

磁芯:EER3542/Np44/5/5变压器匝比8.5,初级3股0.4,次级6股0.4。

开关:7N60

二极管20/150肖特基(没有特意匹配适合的功率器件,经过计算二极管用60V就可以了。)

满载150瓦开关频率82K,略低于谐振频率,波形如图1所示,看起来算是正常。

图1

黄色为半桥中点

蓝色为用电流互感器测试到的谐振网络的电流波。

下面就针对效率低下的问题,找出了几个思考点,试着从中找出效率低下的原因。

思考1

因为工作在低于谐振频率时,也是ZVS状态,而且次级能ZCS。所以也是比较有吸引力。但是初级MOSFET关断电流为励磁电感的最大电流,所以较低的励磁电感会造成MOSFET关闭耗损加大。在第一次的参数中初级励磁电感只有550uH,针对这点重新计算了谐振网络的参数,将励磁电感提高到了850uH,但是问题依然是存在。

相比550uH的励磁电感而言但是效率还是有一点提升的,至少在空载时看到的励磁电感电流的峰值是下降了。

图2

思考2:

次级二极管在初级的谐振网络电流等于励磁电感的电流后停止传递,自然阻断ZCS。但是在满载时候振荡严重,这一现象是否会恶化效率,还是说并无影响?

满载150瓦,次级二极管电压波形,没有测试电流波形。

图3

思考3:

因为考虑的过载保护使用了二极管钳位和两个谐振电容的方案,不知这样是否对效率存在影响。

针对这几点思考,下面给出了相应的修改意见。

建议1

增大点工作频率,或者说测试下实际谐振电感的感值和谐振电容容值,计算谐振频率,将开关频率设的略大于谐振频率比较好,因为由于死区的原因会导致等效的开关频率减小。

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