【MPS LLC工具实测】400Vdc输入12V/8A工业控制辅助电源设计

场景:

输入 :400Vdc

输出 :12V/8A

总功率:96W

想看看在低压大电流输出条件下,这个 LLC 工具给出的匝比和谐振参数是不是还比较靠谱。

MPS LLC设计工具:

因为新人,帖子只能贴一张图,所以将所有的图放在一张图上了。

这个场景与常见的 21V/5A 一类应用相比,输出电压更低,副边电流更大,按经验来说会更吃变压器和整流侧,所以也更适合拿来看看这个工具到底是不是只会“算出来”,还是能给出一点有工程味道的结果。首先把输入输出规格先定下来。这里我没有按照 PFC 后级常见的 380V~410V 或者更宽范围去给,而是直接按固定母线来做,目的是先单独看 400Vdc -> 12V/8A 这个点本身。谐振频率先放在 100kHz,过载还是按 10% 预留,输入参数如下图1。

LLC 工具先算出的结果里,最直接的就是建议匝比 n = 17,这个数值一出来,其实就已经比较符合直觉了。因为 400V 母线去打 12V 输出,本来就会把变压器匝比往高了推。另一方面,这里输入电压是固定的,所以所需增益窗口也很窄,工具给出的 Mg_maxMg_min 都在 1.02 附近,说明这个案例不是增益不够的问题,更多还是磁件和副边电流压力的问题。

接下来在峰值增益图里面选 LnQ。这个地方其实可选点不少,因为红线压得很低,很多组合都能过。我这里没有刻意去找特别极端的点,而是选了一个比较顺手、也比较容易继续往下看的组合(图2):

  • Ln = 10
  • Q = 0.48

再往下看 Gain Response,这组参数下工具给出的 LrCr 和频率范围都能正常联动出来,滑块也可以正常选。这里我最后取到的工作范围大概是 78kHz ~ 200kHz,从图上看也能覆盖住要求的增益边界。图3

最后工具给出的结果如下(图4):

  • Lr = 268.44uH
  • Cr = 9.00nF
  • Lm = 2684.36uH
  • n = 17
  • fsw = 78.00kHz ~ 200.00kHz
  • Primary RMS Current = 0.54A
  • Secondary RMS Current = 6.29A

整体看下来,觉着这个仿真结果还是比较有参考意义的。一方面,n = 17 说明这个工具确实反映出了低压输出场景的特点,变压器匝比会比较高,不是一个很轻松的设计。另一方面,副边 RMS 电流到了 6.29A,也能直接看出来整流侧和副边绕组不会太轻松。再加上 Cr 只有 9nFLm 已经到了 2.684mH 这个量级,也说明这个方案虽然能跑通,但磁件实现上不会像中等输出电压那样宽松。如果和 21V/5A 那种场景相比,我个人感觉这个 12V/8A 案例更能看出 LLC 工具在低压大电流条件下的设计取向。

总体而言LLC 工具给出的参数不算离谱,也确实把设计压力比较真实地反映到了匝比、副边电流和磁件参数上。