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技術專題
電路設計LLC諧振轉換器設計和PCB布局
電路設計中DC-DC轉換器可能很難設計，甚至可能很危險，尤其是當我們考慮使用具有高電流輸出的開關轉換器時。在各種類型的開關轉換器及其拓撲中，這些轉換器是高功率系統（如LED電池組，設備，臺式機和服務器電源以及許多其他功率轉換系統）的關鍵部分。
一旦您了解了實現反饋環路的控制算法和方法，LLC諧振轉換器的設計就會顯示出其價值。您可以實現與降壓-升壓轉換器相同的控制算法，以適應具有下垂或過大紋波的電源。當您準備為這些系統創建PCB布局時，應牢記一些安全性，熱量管理和噪聲抑制方面的知識。
LLC諧振轉換器設計
LLC諧振轉換器是一種開關轉換器，它通過為開關信號選擇適當的頻率來控制輸出電壓。將其與標準開關轉換器（例如，降壓或升壓拓撲）進行對比，該轉換器通過開關信號的占空比來控制輸出。這些系統在包括交流電源輸入的系統中享有許多高功率應用。
下面的框圖顯示了LLC諧振轉換器的各個部分。轉換器的輸入級通常由整流器，功率調節級（PFC電路）和平滑電容器組組成。如果要處理交流電源，則可以在此處放置一個EMI濾波器。請注意，LLC諧振轉換器設計并非嚴格要求PFC級，但與其他任何開關穩壓器一樣，它可以保持較高的功率轉換效率。
全橋與半橋切換
LLC諧振轉換器設計中的開關元件有兩種可能的配置。在全橋開關電路中，我們有4個MOSFET，而半橋開關電路有2個MOSFET。當提供交流電源時，這些元件以與橋式整流器中的二極管在正向和反向偏置之間切換相同的方式接通和斷開。在這里，全橋通常會占用更多空間并產生更多噪聲。我更喜歡半橋開關電路，因為可以將頻率控制所需的電容器直接放置在半橋電路（C1和C2）中。
圖2. LLC諧振轉換器設計的開關電路。
輸出整流
輸出端的整流可以多種方式應用。此處的目標是控制電流方向，以使輸出始終為直流電。當橋接部分切換時，輸出側的電容器將消除任何波紋。在更簡單的LLC轉換器中，輸出整流由二極管提供，而電流較高的LLC諧振轉換器設計可使用MOSFET在輸出側提供整流。
控制輸出
就像在交流電路中一樣，通過選擇合適的變壓器匝數比來設置輸出。然而，通過調節發送到開關電路的驅動信號的頻率來控制在變壓器的初級側看到的電壓的大小。該驅動信號是占空比約為50％的脈沖頻率調制（PFM）信號。
LC諧振回路電路將具有一定的增益，因為電路中的唯一電阻是MOSFET的通態電阻和變壓器/電感器線圈的繞組電阻。典型增益值為1至1.5。隨著輸出功率的下降，驅動器需要調整PFM信號頻率并使系統更接近諧振。這樣，可以通過在變壓器的初級側僅利用足夠的增益來增加輸出功率。
圖3. LLC諧振轉換器設計中的反饋控制。
這種控制方法非常簡單，可以通過反饋回路，電流或電壓感應電路以及MCU來實現，如圖3所示。還有一些特定組件可以提供這種感應功能并提供驅動所需的脈沖信號。橋接電路。完成電路設計并選擇了所有必需的組件后，您需要考慮如何將所有這些都帶入PCB布局。
PCB布局中的元件放置
由于LLC諧振轉換器設計通常用于中等高壓系統，因此有一些基本的設計技巧可循：
輸出變壓器：放置最終變壓器時，請遵循隔離直流電源的最佳做法。變壓器會將高壓側與輸出端隔離開來，但要當心；操作員仍可能會受到反饋回路的高壓影響。
MOSFET整流器：對于大電流輸出系統，您可能最終在輸出側使用MOSFET來提供大電流整流。甚至可以在輸出側并聯使用一組MOSFET，以提供大電流而不會造成擊穿風險。
間隙：如果您在高壓下運行，請利用PCB設計工具中的間隙設計規則。您將要確保您的電路板不違反導體之間的電氣間隙高的安全標準。
與大多數高功率系統一樣，該布局很可能需要將散熱器，風扇或同時安裝在特定組件上。對于可能工作在500 W或更高功率的LED板之類的東西，最好的選擇是使用金屬芯PCB，因為金屬芯將提供自然散熱。關鍵焊盤上的散熱孔也可以通過將熱量傾瀉到平面層中來提供幫助。