Dobór dławików i transformatorów w projektowaniu przekształtnika LLC

Utworzono: maj 20, 2021
Zaktualizowano: lipiec 1, 2024

Ten dławik to jeden z wielu komponentów, których będziesz potrzebować w swoim projekcie przetwornicy LLC

Wszystkie urządzenia elektroniczne potrzebują zasilania i regulacji mocy, niezależnie od tego, czy są to duże systemy przemysłowe, czy małe urządzenia noszone. Jeśli projektujesz jednostki zarządzania mocą w samochodach, przetworniki mocy do urządzeń gospodarstwa domowego lub przemysłowe systemy zasilania, prawdopodobnie będziesz używać projektu przetwornicy LLC do konwersji i regulacji DC-DC. Ta topologia zapewnia wysoką efektywność konwersji mocy przy prostym schemacie regulacji, ale wszystko zależy od wyboru odpowiednich komponentów.

Dwa główne komponenty, które są kluczowe w projekcie przetwornicy LLC, to dławiki i transformatory. Te dwa komponenty rządzą konwersją mocy i wspólnie określają zachowanie rezonansowe po stronie pierwotnej etapu przetwornicy. Projektując je wraz z obwodem PFC i pętlami sterowania, otrzymasz wysokowydajną przetwornicę mocy do szerokiego zakresu zastosowań.

Komponenty do projektu przetwornicy LLC

Przetwornica rezonansowa LLC to przełączająca przetwornica DC-DC, w której napięcie wyjściowe jest kontrolowane przez dostosowanie częstotliwości sterowania półmostka lub pełnego mostka z tranzystorami MOSFET. Prąd wyjściowy z obwodu mostka płynie do rezonansowego zbiornika LC połączonego szeregowo z transformatorem. Następnie transformator podnosi lub obniża pulsujące napięcie na stronę wtórną.

Strona wtórna przetwornicy zawiera obwód prostownika mostkowego (zbudowanego z diod lub MOSFETów), który prostuje napięcie/wyjściowy prąd do stabilnego poziomu DC. Bank kondensatorów dodatkowo stabilizuje napięcie wyjściowe i redukuje tętnienia do niskoszumowej wartości DC. Te przetwornice mają złożoną topologię, ale metoda sterowania jest dość prosta, a wymagane bloki funkcjonalne w przetwornicy można zbudować z szerokiej gamy dostępnych komercyjnie komponentów. Podstawowa topologia projektu przetwornicy LLC jest pokazana poniżej.

Topologia projektu przetwornicy LLC półmostkowej.

W przeciwieństwie do innych przełączających przetwornic, które wymagają zmiany współczynnika wypełnienia sygnału PWM do kontrolowania napięcia wyjściowego, przetwornica LLC wymaga zmiany częstotliwości (modulacja częstotliwości impulsów, czyli PFM) do ustawienia napięcia wyjściowego na wymaganą wartość. Tranzystory Q1 i Q2 w powyższym projekcie przetwornicy LLC półmostkowej są przełączane z przesunięciem o 180 stopni. Gdy tranzystor po stronie wysokiej jest włączony, prąd płynie do kondensatora Cr i ładuje go. Gdy Q1 wyłącza się, a Q2 włącza, Cr rozładowuje się. Oba cykle indukują prąd po stronie wtórnej, który jest następnie prostowany do napięcia DC. Bank kondensatorów na stronie wyjściowej następnie wygładza napięcie wyjściowe do stabilnej wartości.

Wykorzystując zysk w sekcji rezonansowej zbiornika (obwód LLC na powyższym schemacie), napięcie po stronie pierwotnej może być regulowane i utrzymywane na pożądanym poziomie. Napięcie mierzone przez pętlę sprzężenia zwrotnego jest używane do dostosowania sygnału PFM z obwodu sterownika bramki, co pozwala na większe lub mniejsze wykorzystanie zysku w sieci LLC po stronie pierwotnej. To tutaj transformator i dławik stają się kluczowe i muszą być dobrane tak, aby zapewnić odpowiedni zakres zysku.

Kryteria wyboru dławika i transformatora

Dławik i transformator muszą spełniać określone kryteria, aby prawidłowo funkcjonować w projekcie przetwornicy LLC:

Wartość indukcyjności cewki: Wartości indukcyjności dwóch cewek w stopniu przetwornicy LLC zależą od wartości kondensatora Cr. Typowa wartość kondensatora to Cr ~ 100 nF do 1 uF, więc indukcyjność dławika po stronie pierwotnej (Lr) będzie wynosić ~0,1 mH dla pracy blisko 100 kHz (typowe częstotliwości sterownika bramki). Indukcyjność cewki po stronie pierwotnej transformatora (Lm) zazwyczaj wynosi około 5-10% wartości Lr.
Rezystancja cewki i ocena prądowa: Rezystancja przewodnika wpływa na ocenę prądową w transformatorze/dławiku. Idealnie, rezystancja cewki powinna być jak najniższa, aby zredukować generowanie ciepła.
Pojemność nawinięcia. Ta pasożytnicza wielkość określa podatność na zakłócenia, co staje się ważne, jeśli przetwornica zasila inne szybkie cyfrowe bloki obwodów. Fizycznie mniejsze dławiki i transformatory będą miały większą pojemność nawinięcia.
Dodatkowe cewki po stronie pierwotnej lub wtórnej: Transformator może mieć wiele cewek po stronie pierwotnej, aby obniżyć napięcie do ~5 V lub ~3,3 V w celu zasilania peryferiów w pętli sprzężenia zwrotnego i innych komponentów w systemie.
Ślad: Przetwornica LLC zaprojektowana do pracy z wysoką mocą będzie miała masywne komponenty. Ślady mogą mieć rozmiar ~5-10 cm w przetwornicach ~1 kW.

Jednym z przykładów dławika, który jest powszechny w projektach przetwornic LLC o wysokiej mocy, jest seria dławików 2300HT od Bourns. Te dławiki mają mały ślad (do 1,28 cala średnicy) i mogą wytrzymać prądy od 2,9 do 38,7 A. Są specjalnie zaprojektowane, aby wytrzymać wysokie temperatury, które mogą wystąpić w przetwornicach o wysokiej mocy w ekstremalnych środowiskach, z nominalną temperaturą pracy od -55 do +200 °C. Są również dostępne w stylach montażu pionowym lub poziomym, dając projektantom opcję niskoprofilową, jeśli jest to potrzebne.

Zdjęcie i rysunki mechaniczne dławika serii 2300HT. Z karty katalogowej 2300HT.

Seria transformatorów impulsowych od Würth Elektronik jest jedną z opcji do użycia w projektach przetwornic LLC o wysokiej mocy. Te transformatory zapewniają niską indukcyjność i wysoką ocenę prądową wymaganą w systemach o umiarkowanej mocy. Posiadają również gamę zacisków do wyboru wartości napięcia/prądu wyjściowego w stosunkowo małej obudowie.

Przykładowe dane śladu dla transformatora impulsowego 750311591 od Würth Elektronik. Z karty katalogowej 750311591.

Inne komponenty do projektowania przetwornicy rezonansowej LLC

Łącząc indukcyjność cewki transformatora i wartość induktora pierwotnego, możesz wybrać zakres użytecznych częstotliwości w projekcie przetwornicy LLC. W pętli sprzężenia zwrotnego na etapie rezonansowym LLC, jak również w pętli sprzężenia zwrotnego i sterowania użytej w obwodzie PFC, muszą pojawić się również inne komponenty. Niektóre z tych komponentów to:

Niezależnie od tego, czy pracujesz nad projektem przetwornicy LLC, czy inną topologią przetwornicy mocy, dzięki zaawansowanym funkcjom wyszukiwania i filtrowania w Octopart znajdziesz potrzebne części. Korzystając z wyszukiwarki elektroniki Octopart, masz dostęp do danych dystrybutorów i specyfikacji części, a wszystko to jest swobodnie dostępne w przyjaznym interfejsie. Zobacz naszą stronę z układami scalonymi do zarządzania energią, aby znaleźć potrzebne komponenty.

Bądź na bieżąco z naszymi najnowszymi artykułami, zapisując się do naszego newslettera.