工作原理
LLC 谐振变换器通过在串联电感 Lr、串联电容 Cr 和变压器励磁电感 Lm 构成的谐振点附近改变开关频率来调节输出。在谐振点附近工作时，一次侧 MOSFET 实现零电压开关，开关损耗低，因此 LLC 广泛用于服务器、通信和电动汽车充电电源。
本工具采用英飞凌 LLC 谐振变换器应用笔记中的一次谐波近似（FHA）设计流程。它从输入电压范围、输出电压和功率出发，确定变压器匝比，再选择电感比 m = (Lr + Lm) / Lr 和最大品质因数 Qmax，使变换器在最低输入电压和满载时仍能达到所需增益。
增益曲线显示多种负载条件下归一化电压增益随归一化频率的变化。Qmax 曲线的峰值决定了最低开关频率和可获得的最大增益；为保持 ZVS，设计应位于峰值右侧。
FHA 是一种近似方法：在谐振点附近最准确，远低于谐振频率时准确度下降。最终设计务必通过仿真和实测确认。
设计步骤
- 1设置匝比，使变换器在额定输入电压下工作于谐振点（增益为 1）：对于全桥输入和全桥整流，n = Np/Ns ≈ V_in,nom / V_out。在谐振点工作可获得最佳效率。
- 2计算所需的增益范围。最大增益出现在最低输入电压处，K_max = V_in,nom / V_in,min，最小增益出现在最高输入电压处。
- 3为满载选择最大品质因数 Qmax 和电感比 m = (Lr + Lm) / Lr，使 Qmax 增益曲线的峰值在留有一定裕量的情况下超过 K_max。m 越小增益越高，但励磁电流越大。
- 4计算等效交流负载 R_ac = (8 n² / π²) · R_load，再根据 fr、Qmax 和 m 计算 Lr、Cr 和 Lm。
- 5检查在最低输入电压和满载时，最低开关频率是否保持在增益峰值之上（感性区域），以保持零电压开关，并通过电路仿真验证。
公式
- 谐振频率
- f_r = 1 / (2π · √(Lr · Cr))
- 电感比
- m = (Lr + Lm) / Lr
- 品质因数
- Q = √(Lr / Cr) / R_ac
- 等效交流负载（全桥整流）
- R_ac = (8 · n²) / π² · R_load
- 归一化频率
- F_x = f_s / f_r
计算示例
对于额定 33 V 输入（18–36 V）、400 V / 250 W 输出，工具先根据额定增益点选择匝比，再确定 m 和 Qmax，使 18 V 满载时的增益位于 Qmax 曲线峰值以下。得到的 Lr、Cr 和 Lm 可以直接读出，并在增益曲线上检查。
常见错误
- 将增益峰值设计得恰好等于需求。元件公差会使 fr 和峰值发生偏移，因此应保留约 10% 或更大的裕量。
- 为了效率选择非常大的 m，结果在低输入电压下达不到所需增益。
- 在远低于谐振频率时仍信任 FHA。一次谐波模型在那里的准确度下降，尤其是在轻载时，因此应通过仿真确认极端情况。
- 忘记 Lm 还必须提供足够的电流，在死区时间内对开关管电容放电；否则即使在感性区域，轻载时 ZVS 也可能丢失。
常见问题
m 应该取多少？
m 越小，增益范围越宽、频率范围越窄，但环流越大。常用值约为 4 到 10；本工具可以根据输入范围自动优化 m。 自动模式会在最低输入电压所需增益之上保留 10% 余量的前提下选取最大的 m，因此像 2:1 这样宽的输入范围可能使 m 小于 4。
为什么必须工作在增益峰值频率以上？
在峰值右侧，谐振腔呈感性，这正是实现零电压开关的条件。在峰值左侧谐振腔变为容性，ZVS 会丢失。
FHA 方法准确吗？
它是很好的初步设计方法，在谐振点附近较准确。在谐振点以下和轻载时实际增益会有差异，请用电路仿真器验证。
计算结果为工程估算值，请结合数据手册、仿真和实测验证设计。