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【龙腾原创】LLC变压器计算

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zhijie240
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  • 2014-3-8 23:32:31
目前很流行LLC,LED电源、PC电源、TV电源等都在大量使用LLC结构了,而要搞定LLC就必须得先搞定变压器。以下是我计算LLC变压器的方法、步骤,欢迎大家指出其中的问题!


本帖按照以下输入、输出参数来计算LLC变压器(谐振电感外置):
输入:390V±20V DC
输出:12V DC, 25A
谐振频率:100kHz
假设效率为 96%
zhijie240
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高级工程师
  • 2014-3-8 23:50:11
 
大致步骤:
1. 匝比n选取
2. 确定Mg_min, Mg_max
3. 选择Q值, 电感系数Ln
4. 确定Cr、Lr、Lm参数
5. 验证Cr、Lr、Lm参数是否能够满足增益要求
6. 计算变压器原副边圈数、线径选择
zhijie240
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  • 2014-3-8 23:56:31
 
自己先顶一下,明天上计算和简单的介绍~~~
zhijie240
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  • 2014-3-9 11:49:31
 
匝比、Mg_min、Mg_max、Mg_pk计算:
zhijie240
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  • 2014-3-9 11:51:20
 
Ln, K, fn这几个参数的定义:

zhijie240
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  • 2014-3-9 11:51:53
 
K/Ln值选择原则:
理论上K值取值越大越好,因为K值越大励磁电感越大,励磁电感大则原边的励磁电流小,从而原边的损耗小。但是励磁电流会会导致原边MOSFET无法实现ZVS,从而使得MOSFET开关损耗增加。所以实际设计中,一般取K值在3~7之间。这里取K=5,即Ln=1/5。
zhijie240
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高级工程师
  • 2014-3-9 11:54:23
 
增益曲线:


zhijie240
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  • 2014-3-9 11:57:28
 
从增益曲线中可以看到,Q=0.445时,最大增益增益可以达到Mg_pk
zhijie240
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高级工程师
  • 2014-3-9 12:00:49
 
计算Cr, Lr, Lm等参数:




zhijie240
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高级工程师
  • 2014-3-9 12:05:01
 
接下来验证Cr, Lr, Lm, Q的取值是否可以满足增益要求


zhijie240
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  • 2014-3-9 17:03:35
 
原副边RMS电流、谐振电流等计算:

zhijie240
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  • 2014-3-9 17:26:13
 
主变压器原/副边和谐振电感圈数计算:(变压器和谐振电感的磁芯选择这里不详细介绍了,具体可以从论坛搜索相关帖子)

zhijie240
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高级工程师
  • 2014-3-9 17:28:40
 
线径选取:


zhijie240
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高级工程师
  • 2014-3-9 17:32:16
 
到此,LLC变压器、电感计算完毕。
欢迎大家指出其中的问题,一起讨论,谢谢~!
ckw271842372
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初级工程师
  • 2014-6-8 17:40:39
 
楼主你好,首先非常感谢你的无私奉献!哈哈哈……
看过您的这个帖子,在此小弟有一点不明白了,为什么您在设计变压器和谐振电感的时候一个Bmax取0.3 ,一个却是取0.2 ,能指教一下你在做这个选择的时候是出于什么考虑的吗?
zhijie240
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高级工程师
  • 2014-6-8 19:01:47
 
主变压器的Bmax取0.2时,副边匝数是1.5T,为了副边去整数圈1T,所以Bmax取得0.3
实际设计时Bmax可以先取0.2左右,再根据计算微调,最终还是要靠测试验证
black_cheung
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副总工程师
  • 2017-12-1 16:54:42
 
这种独立的Lr,那么主变压器的设计时应当是要考虑安规的,你用PQ32来做,初级和次级都是用普通的LITZ线吗?
钜微电源-小罗
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LV8
副总工程师
  • 2014-3-9 19:01:45
 
写的真好,多谢分享 还有个疑问 就是 你这BMAX取的0.25 后面怎么又是与0.6来算变压器的匝数呢?因为一直对LLC 的B取值不太清楚,求指点!!
zhijie240
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高级工程师
  • 2014-3-9 20:40:09
 
不好意思,那里应该是0.3T,忘记改了~~
LLC变压器是双向磁化的,所以ΔB=2*Bmax=2*0.3=0.6T
ncp1031
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副总工程师
  • 2014-6-10 22:42:58
 
对,LLC就是双向励磁的!
letfly
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助理工程师
  • 2015-2-5 10:54:21
 
ΔB=2*Bmax,为什么计算Np时分母还有乘以2?
xueyiranpiao
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副总工程师
  • 2018-5-12 15:55:53
  • 倒数3
 
根据最基本的法拉第电磁感应定律:
V*T=NBS,带入即V*Ton=Np*B*S
N*(Vo+Vf)*1/Fmin*2=Np*B*S
Np=N*(Vo+Vf)/2*Fmin*B*Ae
LLC为双端激磁“三角”B=2*Bmax
就是楼主的公式

xueyiranpiao
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LV8
副总工程师
  • 2018-5-12 19:10:04
  • 倒数2
 
占空比是大约50%,所有Ton=1/Fmin*2
zouliquan
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本网技师
  • 2014-4-30 13:59:55
 
楼主能不能介绍下磁芯时怎么选的啊,没找到资料。
leopold_qu
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助理工程师
  • 2014-5-31 14:17:36
 
你好,能谈下,集成变压器和,独立主变压器+谐振电感组合的电路,有什么区别的吗?
别谐振电感 磁芯这个怎么设计?
zhijie240
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高级工程师
  • 2014-6-8 19:10:54
 
理论上是一样的。
集成变压器时,漏感做谐振电感,需要想办法加大漏感(比如用带隔槽骨架)。
而谐振电感是有损耗的,往往会增加变压器的损耗,所以大功率的时候会用独立的谐振电感。
leopold_qu
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助理工程师
  • 2014-6-9 17:05:14
 
集成变压器的励磁电感与自身的漏感是可以理解为串联关系的吧,这个怎么理解?
那如果,用独立主变压器+独立谐振电感来设计的参数。 独立主变压器自身也会有漏感的,这个要考虑进去的吗?
举一个例子,如果用设计的集成主变压器励磁电感Lm=850uH,漏感Lr=140uH.Cr=35nF组成的LLC谐振网络。
用独立的谐振电感来设计。主变电感为850uH,谐振电感,电感量为140uH这样的吗,那还要考虑主变的自身漏感的吗?
zhijie240
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高级工程师
  • 2014-6-10 22:20:58
 
1. 集成变压器的励磁电感与自身的漏感是可以理解为串联关系的吧,这个怎么理解?==>这个你去找一下理想变压器的模型的资料看看
2. 那如果,用独立主变压器+独立谐振电感来设计的参数。 独立主变压器自身也会有漏感的,这个要考虑进去的吗?==>肯定要考虑漏感的
3. 用独立的谐振电感来设计。主变电感为850uH,谐振电感,电感量为140uH这样的吗,那还要考虑主变的自身漏感的吗?==>谐振电感感量=140uH - 主变压器漏感
leopold_qu
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助理工程师
  • 2014-6-12 08:43:51
 
你好,关于LLC中的几个元件参数,为什么都有不同的理解。
对于集成变压器,Lr是变压器漏感,Lm是变压器的主电感的吗?
怎么有的资料里面有说,变压器的主电感是Lm+Lr这样算的呀!
http://bbs.21dianyuan.com/183184.html
zhijie240
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高级工程师
  • 2014-6-12 22:25:50
 
集成变压器的话,感量就是Lm+Lr
lh6164
  • lh6164
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初级工程师
  • 2015-5-19 08:51:17
 
请教半桥LLC磁集成的ΔB怎么计算和取值
chendong001
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助理工程师
  • 2018-1-26 23:14:59
  • 倒数9
 
版主提供了另一种计算谐振电流的方法,很不错,开始没看懂,查了下资料,就是分别计算励磁电流和变压器反射电流,再求均方根。励磁电流的计算上面没写具体,实际就是电压/感抗得到。我验证了一下,这种谐振电流计算方法和利用公式计算的差别不大。
wangdaxiang365
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初级工程师
  • 2018-1-27 17:35:40
  • 倒数8
 
你好,请问下你这励磁电流公式怎么得来的
chendong001
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LV3
助理工程师
  • 2018-1-29 22:27:13
  • 倒数7
 
就是次变反射过来的电压(4/π)*V.o*n/√2     ÷  感抗  2π*f.sw*L.m   
wangdaxiang365
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LV4
初级工程师
  • 2018-2-9 09:22:16
  • 倒数6
 
好的,谢谢
wang505200630
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LV4
初级工程师
  • 2014-3-9 21:06:18
 
楼主 介意把 MatchCad文件传上来吗?谢谢。
zhijie240
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LV6
高级工程师
  • 2014-3-9 22:23:17
 
晚一点吧~~ 如果真的需要可以对照着输一遍,既可以熟悉MATHCAD,还可以加深印象
wang505200630
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LV4
初级工程师
  • 2014-3-9 21:09:02
 
楼主 这个 fsw_min 是指的是开关频率嘛?
zhijie240
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高级工程师
  • 2014-3-9 22:21:55
 
是的,最小开关频率
化二为一
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LV8
副总工程师
  • 2014-6-10 09:09:30
 
图形,用什么软件仿真的
zhijie240
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高级工程师
  • 2014-6-10 22:18:03
 
不是仿真的,是mathcad画的曲线
p201kk
  • p201kk
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高级工程师
  • 2014-6-17 14:44:27
 
如果能用仿真, 不是更清楚吗
bluency
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高级工程师
  • 2015-9-16 17:22:53
 
请问楼主这个增益图是如何仿出来的呢?
chendong001
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助理工程师
  • 2018-1-26 13:15:52
 
用mathcad
chendong001
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LV3
助理工程师
  • 2018-1-26 15:23:26
  • 倒数10
 
这个fn_min=0.6   fn_max=1.14   是通过肉眼看出来的吗,有没有什么方法在这个mathcad里面可以画条交线来看得到这个值呢?
chendong001
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  • 2018-1-26 13:15:20
 
这个2%的假设感觉不是很合理啊,一般都会比2%大吧
雅人深致
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高级工程师
  • 2014-3-9 19:21:31
 
这样的Q值能否保证在输出OCP前的时候,关机的时候还能在容性区?
或者正常工作的时候能否保证是zvs?
我的意思是,虽然Q值在你这里计算,已经是在边界线上,但是更严格的是否需要考虑到能否zvs,以及关机和OCP时候的工作状况。。
zhijie240
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高级工程师
  • 2014-3-9 20:11:21
 
Mg_pk是考虑了OCP时的增益,就是为了OCP时工作在感性区

ncp1031
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  • 2014-6-10 22:45:05
 
有可能短期工作在容性区的吧!
zhijie240
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高级工程师
  • 2014-6-10 22:49:26
 
理论上,有OCP保护就不会的
ncp1031
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LV8
副总工程师
  • 2014-6-10 22:57:32
 
OCP还是要反应时间的,速度不可能很快!所以还是会有短暂工作在容性区。
p201kk
  • p201kk
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高级工程师
  • 2014-6-17 14:53:50
 
只要有了保护, 还是可以的呀
wujhinkui
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本网技师
  • 2018-1-22 12:27:41
 
从图中怎么看的0.445这个值的呢?
chendong001
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LV3
助理工程师
  • 2018-1-25 11:20:46
 
也是看图估算的
maileyang
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LV8
副总工程师
  • 2015-9-20 20:23:11
 
大师的Mathcad计算表,做的确实漂亮!
赞叹!
雅人深致
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LV6
高级工程师
  • 2014-3-9 19:16:43
 
但是励磁电流会会导致原边MOSFET无法实现ZVS
这句话如何理解?
我觉得k值的选取还取决于,1,采用芯片设置的最高频率和是否允许工作于burst mode而减小功耗但是会增大纹波,2其他器件工作于很高的频率是否有不利的影响
zhijie240
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LV6
高级工程师
  • 2014-3-9 20:15:49
 
LLC ZVS的实现是靠励磁电流去充放电MOSFET的Cds电容,励磁电流太小,电容上的电不能放完就无法实现ZVS。TI, ST的关于LLC的文献都有这方面的介绍~~
huhushuai
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高级工程师
  • 2014-3-9 17:02:41
 
很好的东西,支持下楼主!
拒绝变帅
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LV10
总工程师
  • 2014-3-9 19:21:48
 
楼主是只计算吗?后面会有实验数据?要不咋验证计算是否合理呢?
zhijie240
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LV6
高级工程师
  • 2014-3-9 20:18:21
 
不好意思,这个暂时只有计算,但是大家还是可以一起讨论下是否可以这样计算
小法
  • 小法
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副总工程师
  • 2014-3-9 20:35:24
 
估计理论计算出来的结果与实测偏差很大~~~之前也计算过,后来还是趋向慢慢去调式L-L-C合适的参数,以实测为主~~~(纯属个人意见!)
zhijie240
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高级工程师
  • 2014-3-9 20:41:52
 
是的,最终是都得这样来,但是的有一个L-L-C参数来开头
钜微电源-小罗
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LV8
副总工程师
  • 2014-3-9 20:46:21
 
我这边有个疑问,就是当我们在调整的时候,假如开关频率低于谐振频率时,我们是否可以通过改变LP来实现让开关频率工作在谐振频率点,或者改变匝比,匝比是改大还是改小呢?希望大师能帮忙分析下这方面,我们以后在调试的时候也能够方便实现,谢谢!!
zhijie240
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高级工程师
  • 2014-3-9 21:03:53
 
开关频率低于谐振频率==>增益大于1==>(2n*输出)/输入>1
为了工作在谐振频率点,即让增益=1,则需要增大输入,或者减小n
钜微电源-小罗
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副总工程师
  • 2014-3-9 21:15:15
 
那跟电感量的关系呢?大师之前回复过我的另外一个帖子,就是写到改变电感量实现工作在谐振点的情况,或者换句话说,可以通过适当改变电感量来实现工作在谐振点吗?然后就是假如低于谐振点一点的话,会有我下图中标示的波形,这种类似DCM下的恢复情况,对EMI有影响吗?(下图实际谐振频率为100K 开关频率为94K
zhijie240
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高级工程师
  • 2014-3-9 22:31:11
 
我不是大师~!
改变电感量,相当于Lm,Lr,Lm/Lr的值都改变了,变动的量多了,不太好确定最终是往哪个方向变了。不过你可以去试下,然后跟大家分析一下结果。
图上的波形对EMI的影响我也不清楚,没研究过~~~
p201kk
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高级工程师
  • 2014-6-17 14:57:25
 
参数改变以后, 结果也全要改变的, EMI有时就通过不了了
钜微电源-小罗
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副总工程师
  • 2014-3-10 09:21:47
 
楼主 ,这有个疑问,就是开关频率低于谐振频率==>增益大于1==>(2n*输出)/输入>1 是怎么得来的啊?Fn=开关频率/谐振频率 ,开关频率低于谐振频率,增益应该小于1吧?



zhijie240
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高级工程师
  • 2014-3-10 21:41:01
 
仔细看看LLC增益曲线,增益大于1时,开关频率是多少~~
p201kk
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  • 2014-6-17 14:59:30
 
控制器以50%的占空比交替为两个MOSFET提供栅极信号,并随负载变化改变工作频率,调节输出电压Vout, 我想,主要看这个吧
Ken_MBI
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副总工程师
  • 2014-3-9 21:16:31
 
可以分享一下如何调试合适的L-L-C的参数吗?
zhijie240
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高级工程师
  • 2014-3-9 22:34:49
 
这个我没有总结,希望能够有高手过来补充~~~
yingbin
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  • 2014-3-9 21:01:42
 
虽然还没有机会搞LLC,但是比较喜欢再次跟着楼主学习学习,以后必定能够用到
zhojianjin
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高级工程师
  • 2014-3-9 21:43:12
 
LLc收集的资料很多,没时间真正看过,现又来顶一下
zhijie240
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高级工程师
  • 2014-3-9 22:33:47
 
建议看看TI的"Designing an LLC Resonant Half-Bridge Power Converter"和ST的“AN2450”
qq80644864
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版主
  • 2014-3-9 23:01:52
 
楼主这个要是配上实际调节参数就更加完美了
zhijie240
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高级工程师
  • 2014-3-10 21:42:08
 
最近没时间,有时间可以配合这个帖子试一下
qq80644864
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版主
  • 2014-3-12 21:09:18
 
Ken_MBI
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副总工程师
  • 2014-3-10 22:54:12
 
先学习前人的经验,再实际测试测试
p201kk
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  • 2014-6-17 15:00:31
 
主要还是要学会看图啊


nuaa19890822
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助理工程师
  • 2014-5-1 17:54:30
 
是不是还有呢
zhijie240
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  • 2014-6-8 19:13:30
 
最近工作上的事情多,没时间去做板子调试
zhijie240
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高级工程师
  • 2014-6-8 19:28:44
 
jinlinzhang
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副总工程师
  • 2016-5-4 20:31:04
 
谢谢楼主!
hunter4051
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LV6
高级工程师
  • 2018-3-29 15:09:13
  • 倒数4
 
我还是一直感到疑问的是那个:LLC变压器是双向磁化的,所以ΔB=2*Bmax=2*0.3=0.6T。因为这样计算出来的匝数刚好减少一半。我看CMG的是取了个0.4,没有乘以2。这个能具体解释一下吗?
p201kk
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  • 2014-6-9 18:28:15
 
主要还是计算公式的问题啊


p201kk
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高级工程师
  • 2014-6-9 18:29:18
 
这种变压器还是要靠实际的例子来判断的


p201kk
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高级工程师
  • 2014-6-9 18:30:48
 
就象是这样的设计, 看看图


Bodoni
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总工程师
  • 2014-6-11 13:13:50
 
不错的帖子
爱国分子
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LV6
高级工程师
  • 2014-6-12 12:04:28
 
讲解的很详细啊,主要还是需要配套些公式
raulgu
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LV3
助理工程师
  • 2015-2-5 12:00:10
 
一定要学会。我准备也设计一个!!
wwzgch
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本网技师
  • 2015-2-19 16:36:03
 
学习
zsw7611
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LV2
本网技师
  • 2015-6-29 17:43:09
 
写得很好.
kuaneng
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LV6
高级工程师
  • 2015-7-31 20:22:25
 
你们都是大师,以后多多指教
kuaneng
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高级工程师
  • 2015-7-31 22:15:20
 
这几个数是怎么来的
westbrook
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副总工程师
  • 2015-8-1 13:31:44
 
归一化。
kuaneng
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LV6
高级工程师
  • 2015-8-1 20:19:59
 
全部是1吗
westbrook
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副总工程师
  • 2015-8-2 12:30:57
 
简单点说就是方便计算。
qiang7260
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LV6
高级工程师
  • 2016-3-21 15:17:50
 
计算很详细。一定要学会。我准备也参考设计一个!!
yuyan
  • yuyan
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  • 2016-5-20 16:10:42
 
学习了
sh1503009
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初级工程师
  • 2017-7-26 15:35:21
 
很好的
yuyan
  • yuyan
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副总工程师
  • 2017-8-12 14:28:52
 
好贴
sileileiwuting
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初级工程师
  • 2017-10-26 17:58:05
 
楼主问一下,llc的变压器有个参数励磁电感Lm,在分析时,Lm在外面接着,但是变压器设计时,其值怎样计算
shaqnb
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本网技师
  • 2018-2-12 16:43:00
  • 倒数5
 
占座
爱学习的逗
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本网技师
最新回复
  • 2018-7-5 16:27:27
  • 倒数1
 
您好,我设计的是全桥LLC,预期是谐振频率1Mhz,输入50V,输出72V,额定功率1000W,这个设计可行吗?我目前的仿真输出电压一直上不去,所以想问问这个预期本身可靠不可靠
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