LLC半桥谐振电感设计：热损耗与温升计算实例

温升计算在磁性元件的设计中是一个关键环节，特别是在 LLC 半桥谐振电感的选择和设计中。该研究由南京航空航天大学的周洁敏在2015年深圳电源技术年会上分享，主要探讨了 LLC 半桥谐振变换器的特性及其电感设计要点。 LLC谐振变换器是一种高效的开关电源拓扑，特别适用于中大功率应用。半桥 LLC 变换器的特点包括：电压应力较低（仅为全桥的一半），但电流应力较高（为全桥的两倍）。这种电路结构简单，具有高频和高功率密度，输入电压和输出功率范围广泛，且能实现ZVS（零电压开关）和ZCS（零电流开关）状态，从而减少开关损耗和电磁干扰（EMI）。 然而，半桥 LLC 谐振变换器也有其局限性，例如在短路情况下原边电流会显著增加，电路中的电流有效值高。设计时需要确保在负载变化时，无论是满载还是空载，MOS管都能实现ZVS，以降低开通损耗；同时，要控制器件的关断电流，减小关断损耗，并利用ZCS特性来改善二极管的性能。 谐振电感和电容的设计至关重要，它们共同决定了电路的谐振频率，这对于维持电路稳定性和效率至关重要。设计时需考虑输入电压范围、输出电压调节的稳定性以及与负载匹配的性能。工作频率的选择应避免在区域3，以防止副边整流二极管无法实现ZCS关断。 此外，电路的输入阻抗特性也会影响功率管能否实现ZVS，这涉及到反并联续流二极管的导通问题。当输入电压处于特定频率范围内时，激磁电流的行为将直接影响电路性能，如线性增长或反向线性增长，以及VT1的开关行为。 总结来说，周洁敏的报告深入分析了LLC半桥谐振电感设计中的温升计算，强调了在实际应用中需综合考虑拓扑特性、开关损耗控制、谐振频率匹配以及功率管的工作模式等因素，以确保电源系统的高效、稳定和可靠性。