???半橋LLC拓撲中電感 電容與TVS管的設(shè)計要點

一、核心元件功能與選型

1. 諧振電感（Lr）與勵磁電感（Lm）

• 功能：
  • 諧振電感（Lr）：與諧振電容（Cr）構(gòu)成串聯(lián)諧振回路，決定諧振頻率 ?，實現(xiàn)軟開關(guān)（ZVS/ZCS）。
  • 勵磁電感（Lm）：提供磁化電流，調(diào)節(jié)增益范圍，影響輕載效率。
• 選型關(guān)鍵參數(shù)：
  • Lr感值：根據(jù)目標(biāo)諧振頻率和功率需求計算（通常μH級）。
  • Lm/Lr比值：典型范圍3~8，比值越小，增益范圍越寬。
  • 飽和電流：需大于峰值諧振電流（防止磁芯飽和）。
  • 推薦類型：鐵氧體磁芯（高頻低損），如PQ或RM系列。

2. 諧振電容（Cr）

• 功能：
  • 與Lr諧振，儲存能量并傳遞功率。
  • 濾除高頻諧波，降低開關(guān)損耗。
• 選型關(guān)鍵參數(shù)：
  • 容值：由諧振頻率公式計算（通常nF級）。
  • 耐壓：需承受諧振峰值電壓（通?！?倍輸入電壓）。
  • ESR：選擇低ESR電容（如C0G/NP0陶瓷電容或薄膜電容）。
  • 推薦型號：MKP或X7R陶瓷電容（如100nF/630V）。

3. TVS管（瞬態(tài)抑制二極管）

• 功能：
  • 吸收開關(guān)管（MOSFET）關(guān)斷時的電壓尖峰（如漏感引起的過壓）。
  • 保護開關(guān)管免受浪涌或ESD損壞。
• 選型關(guān)鍵參數(shù)：
  • 鉗位電壓（Vclamp）：低于開關(guān)管耐壓（如MOSFET耐壓650V，選Vclamp≤600V）。
  • 峰值功率（Pppm）：根據(jù)漏感能量計算
  • 響應(yīng)時間：≤1ns（快速抑制尖峰）。
  • 推薦型號：時源芯微SMBJ系列（如SMBJ580A，58V鉗位）。

二、參數(shù)設(shè)計實例

場景：輸入400V DC，輸出48V/10A，開關(guān)頻率100kHz。

1. 諧振參數(shù)設(shè)計：
   • 設(shè)諧振頻率?fr=100kHzfr?=100kHz，功率500W。
   • 計算Lr與Cr：
     ?，假設(shè)選Cr=47nF → Lr≈54μH。
   • Lm選擇：Lm=5×Lr=270μH。
2. TVS選型：
   • 假設(shè)漏感Lleak=2μH，峰值電流Ipeak=10A，
     能量 。
   • 選TVS管SMCJ600A（600V鉗位，1500W瞬態(tài)功率）。

三、關(guān)鍵設(shè)計注意事項

1. 諧振回路布局：

   • Lr、Cr、變壓器布局緊湊，減少寄生電感。
   • 使用短而寬的銅箔連接，降低環(huán)路阻抗。

2. TVS管安裝：

   • 直接并聯(lián)在開關(guān)管漏-源極（或變壓器初級側(cè)），走線最短化。
   • 接地端通過低阻抗路徑連接至主地平面。

3. 電容高頻特性：

   • 避免使用電解電容（高頻損耗大），優(yōu)先選擇陶瓷或薄膜電容。
   • 并聯(lián)多顆小電容（如10nF+100nF）覆蓋寬頻段噪聲。

4. 電感熱管理：

   • 選擇低損耗磁芯（如PC95材質(zhì)），必要時加散熱片。
   • 監(jiān)測溫升，確保不超過磁芯居里溫度。

四、常見問題與對策

問題1：諧振腔發(fā)熱嚴重

• 原因：電容ESR過高或電感磁芯損耗大。
• 對策：
  • 更換低ESR電容（如C0G陶瓷電容）。
  • 優(yōu)化電感磁芯材質(zhì)（如TSCF3225系列）。

問題2：開關(guān)管電壓尖峰超標(biāo)

• 原因：TVS管響應(yīng)慢或功率不足。
• 對策：
  • 選擇更高速TVS（如SMAJ系列）。
  • 增加RC緩沖電路（如10Ω+2.2nF）。

問題3：輕載效率低

• 原因：Lm/Lr比值過大，導(dǎo)致勵磁電流占比高。
• 對策：
  • 調(diào)整Lm/Lr至3~5范圍。
  • 采用變頻控制（降低輕載時開關(guān)頻率）。

五、總結(jié)

設(shè)計口訣：

• 諧振參數(shù)精準(zhǔn)算，LrCr匹配是關(guān)鍵
• TVS選型看耐壓，漏感能量莫小看
• 布局緊湊降寄生，高頻電容優(yōu)先選

通過合理設(shè)計電感、電容與TVS管參數(shù)，并優(yōu)化布局，可實現(xiàn)半橋LLC電路的高效、可靠運行，同時滿足EMI/EMC要求。