LLC变压器设计中可能遇到的问题解析

周2585

LLC变压器设计中可能遇到的问题解析
LLC拓扑的谐振式变换器有着零电压开关、器件的电压应力低等特点，非常适合在一些高效大功率电源的应用上。近来随着LLC谐振式电源的广泛应用，越来越多的人问到我关于LLC变压器的设计问题，我在这里例举了几个有代表性的问题，供大家在设计的时候做参考。
- 空载电压的问题:
为什么我的轻载电压或空载电压偏高很多？
这个问题的因素也比较多。其中之一是当付边的绕组的匝数或层数较多的时候，层间或匝间寄生电容和付边的漏感发生一个寄生的振荡，轻载的时候，这个振铃的幅度会达到很高，导致输出电压比设计的要高许多。我们可以通过付边每绕一层后加绕一层胶带来减低寄生电容，正向的和反向的绕组不采用通常的并绕方式，而采用分层的绕法来抑制这种寄生振荡。
- 线径的选择问题:
为什么老化的时候测到的绕组温度很高？
LLC变压器工作在高频模式下，交变磁场下的导体除了我们所熟知的趋附效应（Skin effect）外，还会反生一个接近效应（Proximity effect）。趋附效应是导体本身磁场对自己的影响，而接近效应是相邻导体产生的磁场对它的影响。和反激的变压器不同，LLC的变压器原边的绕组都绕在一边，电流都是同一个方向，随着绕组层数的增加，接近效应就愈发明显，因而我们就需要选用更细的线径和更多的股数来解决问题。
- 变压器的饱和问题：
我的变压器设计的工作磁感应强度Bm并不高，为什么我的LLC变压器磁芯温度很高？
由于LLC变压器工作在LC谐振状态，LC谐振回路有个特点就是Q值问题，在这里Q值是大于1的，因而就会有实际加在变压器上的电压要比输入电压高的问题，因而在设计变压器的时候就必须考虑到这一点，否则变压器就不是工作在你设计的磁感应强度上。
由于输入电压高的时候，开关频率也比较高，谐振回路的增益也比较低，饱和的问题不大；但当输入是低压的时候，开关频率比较低，LLC谐振回路的增益较大，因而比较容易发生变压器饱和的问题。因而在计算变压器需要的最小匝数时，就必须乘上一个你设计的增益系数。考虑到漏感的影响，保守的做法还得乘上耦合系数的倒数。
- 变压器原副边匝数问题:
为什么实际的工作频率和我设计的工作频率点偏离很多？
这个问题牵扯的原因很多，不太好分析。但我观察很多设计过程中，大家都是先设计好原边的匝数后，根据变比来计算付边匝数。这样一来会有个问题，就是计算出来的付边匝数大都不是整数，大家都喜欢四舍五入来取整，这样就带来一个问题。由于付边的匝数很少，四舍五入引起的误差比率就会很大。在这里，我们可以根据计算出来的付边匝数选择一个合适的整数，通过变比反推原边的匝数，然后取整。由于原边的匝数较多，取整带来的误差就相对较小。