DHH带你深入浅出LLC.8

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第8章 谐振电容与谐振电感的选择

谐振腔中的Cr和Lr虽然数值不大，但承担着全部谐振电流，选择不当会导致过热、失效或效率下降。

8.1 谐振电容Cr的选型

Cr在LLC中流过的电流是谐振电流的有效值，可能远大于输出电流。以第6章实例为例，谐振电流有效值约为2.5A（原边），峰值可能达到4A以上。因此Cr必须能够承受这个电流而不显著发热。

电容类型选择：

• 聚丙烯薄膜电容（PP）：最常用的选择，ESR低，高频特性好，能承受大电流，但体积较大
• 聚酯薄膜电容（PET）：体积小，但ESR略高，适合小功率
• C0G/NP0陶瓷电容：ESR极低，但容量小，适合高频小功率
• X7R陶瓷电容：容量大但ESR高，且有直流偏压效应，不适合谐振腔
  
  

对于中大功率LLC，推荐使用PP薄膜电容。常见的系列有EPCOS B32671/B32672、Vishay MKP1848等。

电容值计算：第6章算出Cr ≈ 39nF。实际取标准值39nF或47nF。如果取47nF，需要重新计算Lr和fr。

电压额定：Cr上的电压由两部分组成：直流偏置Vin/2（约200V）和谐振交流分量。交流分量的峰值可能达到几十伏到上百伏。因此Cr的额定电压应至少为Vin/2 + Vac_peak + 裕量，通常选630V或1000V的薄膜电容。

电流额定：Cr的额定纹波电流必须大于谐振电流有效值。薄膜电容的datasheet中通常给出在特定频率下的允许纹波电流，设计时需要降额使用（通常降额到70%~80%）。

8.2 谐振电感Lr的实现方式

Lr有两种实现方式：独立电感和变压器漏感。

独立电感：使用一个单独的磁芯绕制电感，电感值精确可控，但增加元件数量和体积。适合漏感不足或需要精确调节的场合。独立电感通常使用铁粉芯（如Sendust、Iron Powder）或带气隙的铁氧体磁芯，以承受较大的交流电流而不饱和。

变压器漏感：将Lr集成到变压器中，省去独立元件，降低成本。但漏感的精确控制较难，且漏感随温度和工作条件变化。适合漏感自然值接近目标值的场合。

实际设计中，通常优先尝试利用漏感。如果漏感小于目标值，可以在原边串联一个小的独立电感作为补充；如果漏感大于目标值，则需要调整绕组排布（如采用交错绕法减小漏感）。

8.3 谐振电感的损耗

Lr的损耗包括铜损和磁芯损耗。铜损由绕组电阻和电流有效值决定；磁芯损耗由磁通摆幅和工作频率决定。

对于独立电感，磁芯损耗可能较大，因为电感两端电压较高，磁通摆幅大。选择低损耗磁芯材料（如Sendust或铁氧体）和合理的气隙设计可以降低磁芯损耗。

对于变压器漏感，漏感能量主要储存在绕组间的空气隙中，磁芯损耗较小，但绕组交流损耗会增加。

8.4 谐振腔的电流应力

谐振电流的有效值和峰值是选择元件的重要依据。在FHA近似下，谐振电流基波分量的有效值为：

Irms ≈ (π/2) · Iout / (n · √2) · √(1 + (1/Q²)·(fn - 1/fn)²)

在fr处（fn = 1），上式简化为：

Irms ≈ (π/2) · Iout / (n · √2) ≈ 1.11 · Iout / n

以Iout = 10A、n = 4.2为例，Irms ≈ 2.64A。峰值电流约为√2倍有效值，即3.7A。实际电流还会有励磁电流的贡献，峰值可能达到4.5A。

这个电流应力必须在Cr、Lr、变压器绕组和开关管的选型中予以考虑。

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