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原创 【你还不知道吗】第九期·技术经验分享原创大赛开始啦!

【9th原创赛】数字电源宽范围LLC谐振腔设计

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835423706
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本网技师
  • 2018-4-26 23:16:36
哈哈,大家好。网上关于LLC设计的资料很多,可是绝大多数都是模拟的,所以我打算写一下数字电源LLC谐振腔设计。数字电源和模拟电源区别之一就是输入输出范围比较宽,这样在设计过程中就需要每个点去核算了。
一、背景
      首先我们计算的LLC是全桥LLC,前级是PFC,所以输入范围也在变化。不懂原理的小伙伴可以百度一下原理哦。
      是现在比较流行的6.6KW车载充电机的计算。当然我这里主要是将一些方法。不会做太详细的计算。
   QQ截图20180426224943.png    
     如右图,我们将输入输出范围用excel记录下来,为什么要这么做原因就是输入输出范围存在人为定义
的某种关系,我们不能像在设计模拟电源中那样直接算一个最大值最小值和典型值。因为不同的输入和输出所对应的
电流,频率等参数并不是存在由大到小或由小到大的关系。我们这样一个个列出输入输出电压电流,既直观又方便后期修正。

二、计算增益
    输入输出条件知道了,第二步就是计算增益和变比。计算公式分别为 QQ截图20180426225446.png
   在下面楼层中我会给出我整理的计算书。
QQ截图20180426231348.png
   第一步:匝比,同样用Excel记录计算的结果
                计算出匝比之后我们来思考一个问题,我们匝比取多少合适。
                我们知道谐振点增益为1,将上面两个公式合并,可以知道匝比选取点就是谐振点。
                故匝比对我们来说至关重要,一方面觉定了我们最高效率点在哪(理论上),其次
                决定了我们上限和下限频率点在哪(在后续的计算过程中大家就会明白为什么)。
   第二步:选取我们的K和Q值
               方法一:经验值,K取4-6,Q谐振点0.3-0.4.
                             不知道大家利用自己经验值设计遇到过问题没。我遇到过一个问题,就是
                            我利用经验值计算出来的fs远远超过我所限制的最大频率点(比如300K)。这个
                            时候我又得重新调整我的K值和Q值,这就比较蛋疼了,得反复好多次才行。
                            可能对于模拟的电源因为频率范围窄,稍微差一点也可以,但是数字因为
                            范围太快,计算有一点偏差就会算到300-400K。这时引进我们的第二种方法。
               方法二:倒推法
                             方法理论比较简单,操作比较难说清楚,我们在下一楼或者下一篇文章继续。




QQ截图20180426223941.png
QQ截图20180426224426.png
wszdxp2004
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副总工程师
  • 2018-4-27 08:05:45
 
仰视之。。。
hunter4051
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高级工程师
  • 2018-4-27 08:49:24
 
一直想学习大功率的设计,希望过程详细点,相关工具等共享一下,学习学习,更好的理解
835423706
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本网技师
  • 2018-4-27 09:55:02
 
哈哈,感谢支持。其实我也没啥工具啊,就网上下个文档,用excel算就可以了啊
nc965
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版主
  • 2018-4-27 10:21:34
 
数字控制就能改变LLC特性?听上去不太合乎情理。
835423706
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本网技师
  • 2018-4-27 10:36:49
 
并不是这个意思,我只是提供的一种思路和方法,见我附件。这是网上比较流行的资料。可以看到他只计算了输入和输出最大值最小值和典型值。
可是为什么只计算这三个点就可以了呢。
往往数字电源中输入范围很宽,输出范围也很宽。我们自用最大值最小值和典型值计算
就不太精确了,所以我习惯用excel记录每个点的计算结果,再挑选出最大点和最小点去计算
变压器,电感啥的。
谢谢。


LLCÉè¼ÆÖ¸µ¼-ÖÐÎÄ_PI·½°¸ (8).pdf (1.77 MB, 下载次数: 243)
835423706
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本网技师
  • 2018-4-27 10:39:00
 
希望大家不要太纠结模拟和数字之分了。模拟电源也可以做到宽范围,数字电源也有做的很窄的。
我只是给大家提供一种方法,求同存异。
谢谢大家。
Reue
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助理工程师
  • 2018-5-2 16:19:02
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大神,有这份文档吗?
2.png
835423706
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本网技师
  • 2018-5-3 10:14:52
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这个我也不知道你说的那一份文档了,不好意思
FHXWT
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副总工程师
  • 2018-4-27 15:18:24
 
仔细体会体会  
xd285070
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LV8
副总工程师
  • 2018-4-27 19:16:36
 
数字的范围比较宽,除非是控制模式变了
xd285070
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副总工程师
  • 2018-4-27 19:18:09
 
往往数字的重点不是控制模式,而是在保护上,保护以后的逻辑处理上,可不可靠,直接影响能不能生产,输出在宽,炸了,=0
835423706
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本网技师
  • 2018-4-28 20:32:46
 
是的,我也觉得最重要是可靠性。
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本网技师
  • 2018-4-29 16:30:37
 
哈哈,我们继续上次的。
方法二:倒推法
            所谓倒推法,就是我们先给定我们的频率范围和K(Lm/Lr)值,去计算出我们的Q值。具体步骤见下面。
            首先我们都知道K值Q值和增益,和fs/fr存在一定的函数关系。函数表达式为
1.png

其中 2.png 3.png ,Ln=K, fn=fs/fr那么由上面的函数可以知道,我们匝比确定之后,我们可以计算出每个点的Rac,而我们K值和频率确认之后,
由增益函数,我们可以求解出不同增益下的Q值,Q值和Rac确定之后我们就可以得到我们的Lr,Cr,Lm了。
而得出的谐振腔参数正是我们限制的频率范围。一般来说我们无法同时限定上限和下限两个频率,因为会出
解出两个Q值。以我的经验,我一般限定上限频率,得出上限频率的Q值,而下限频率点计算看是否达到我的要求,
达不到我就改变我的匝比。(上面说到匝比会影响下限频率)
具体操作如下:根据上楼中计算出的匝比我们去匝比为1(n=1)。
4.png
根据公司计算出不同条件下的Rac和增益,同时填入EXCEL中。经验告诉我们一般最低输出电压时,
频率是接近最高频率的(不绝对,到时候再验算每个点的)。那我们取增益G=0.60324,Rac=6.7615,K暂时取5,
我们设谐振频率为150K(可以更改),最大频率为250K。
首先可以计算出fn,fn=fmax/fr=1.666,带入增益函数,因为增益函数比较复杂,我们采用mathcad求解。如下:
5.png 6.png 7.png
在mathcad中我们写出增益函数,同时绘制出曲线。我们将已知的K,fn,最大频率下的增益填入函数中,
然后我们填入不同的Q,看函数解出的值如果接近1.666说明可行,然后再算出fmax即可。
如图我们计算出Q=1.21时fmax=1.623*150K=243K,我们暂时取Q=1.21即可。这样我们就限定我们的最大频率。

到这一步我们就算出了最大频率243k下的Q,K和Rac值 8.png
再根据上面公司就可以求出Lr和Cr了。

今天就写这么多了,改天继续。祝大家五一快乐。
世纪电源网雪花
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超级版主
  • 2018-4-29 17:30:39
 
支持楼主
835423706
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本网技师
  • 2018-4-29 17:53:27
 
我要一等奖
少年囧
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本网技工
  • 2018-4-29 17:44:23
 
支持楼主
835423706
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本网技师
  • 2018-4-29 17:53:51
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谢谢支持
cyx7610
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副总工程师
  • 2018-5-1 18:44:21
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可以。
835423706
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本网技师
  • 2018-5-1 19:41:47
  • 倒数8
 
谢谢支持。
835423706
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本网技师
  • 2018-5-2 08:28:15
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大家好我们继续。
上面我们已经到了根据这两个公式 2.png 8.png
计算出了我的Lr,Cr,同时再根据K=Lm/Lr,可以计算出Lm。这样其实我们的谐振腔就计算出了。
接下来我们需要做的就是用我们算好的谐振腔将每个点的频率,Q值计算出来,计算方法同样如上述所示。
我们只需要改变我们mathcad里面的增益方程的给定条件即可。看看我们的频率范围是否满足我们的要求。
我们依然用excel将我们计算的Q值和f值记录在一起。同时我们也将Iout也计算出来放在里面。
3.png
大家现在应该发现用excel记录下每个点的号好处了,就是更加直观。同时我的excel里面都含有计算公式,
当我需要更改时只需要更改少量数据就可以了。如下:
4.png
从表格中我们可以看到每个点的Q值和频率不一样,我们计算的频率范围在116K-243K,可以说满足我们的要求。

同时我抛出一个疑问给大家,如果这个频率不满足我的要求。我希望频率从90K到143K,该如何处理。希望看到
此贴的朋友都能思考后回答一下,感觉此贴没啥人气,好难过。我两天后给大家解答。



LD阿峰
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本网技工
  • 2018-5-2 08:46:36
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大神,仰视,学习了!
835423706
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本网技师
  • 2018-5-2 09:22:40
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谢谢支持
DQLM
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高级工程师
  • 2018-5-4 17:10:03
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不错不错,好好学习,天天向上
835423706
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本网技师
最新回复
  • 2018-5-5 20:45:05
  • 倒数1
 
哎,都没人回复我的问题,可能是写的东西太简单了。呜呜,暂时停止更新一周。
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