LLC谐振变换器仿真建模与控制策略分析

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LLC谐振变换器作为谐振开关技术的重要拓扑之一，具有高效率、调压特性好、宽负载变化范围内工作特性优良等特点，广泛应用于电源供应、电动汽车充电、LED照明、太阳能电池板系统以及工业自动化等多个领域。

上期内容中我们对 LLC谐振变换器的威廉希尔官方网站 结构与工作原理进行了分析，了解到变换器最为常用的调制方式为脉冲频率调制（PFM）。今天继续为大家分享 LLC谐振变换器的仿真建模及控制策略分析。

一、威廉希尔官方网站 设计01威廉希尔官方网站 拓扑设计

LLC谐振变换器主要包含：开关威廉希尔官方网站 、谐振威廉希尔官方网站 以及整流威廉希尔官方网站 。这里以常用的全桥LLC变换器为例进行仿真分析，威廉希尔官方网站 拓扑结构如下：

02电源技术指标设计❏输入额定电压 vin：150V(130V~170V)❏输出额定电压 vo：200V(180V~220V)❏输出额定功率 P：900W❏谐振频率fr：100kHz03器件参数设计

▍设计原则

在实际威廉希尔官方网站 设计时，一般工作在欠谐振状态（fmsr），且应该保证威廉希尔官方网站 的增益M随频率单调变化。增益M与频率的关系如下式所示：

其中Q为品质因素，与负载电阻及谐振参数有关（n为变压器变比，RL为输出负载）:

K为励磁电感Lm与谐振电感Lr的比值，即K=Lm/Lr；fn为威廉希尔官方网站 开关频率fs关于二元谐振频率的归一化表示，fn=fs/fr。

威廉希尔官方网站 的增益与频率的关系如下图：

为保障增益曲线的单调变化，威廉希尔官方网站 的开关频率应大于纯阻性曲线与威廉希尔官方网站 增益曲线的交点频率fi（也就是威廉希尔官方网站 工作的最小开关频率fsmin），由于通常fi>fm，因此威廉希尔官方网站 工作一般工作在fi~fr之间。

▍参数计算

计算变压器变比n。

确定输入电压范围Vimin、Vimax，额定输入电压Vinom，输出电压范围Vomin、Vomax，额定输出电压Vonom，额定输出功率Ponom。

根据增益曲线并结合设计原则确定参数K值与Q值。

其中，K一般取值在4~5（作为参考范围），这里取K=5；Q选取范围一般在0.3~0.6（作为参考范围），这里取Q=0.5。

计算副端输出负载电阻与原端等效电阻。

 计算变压器副端输出负载电阻：

 计算变压器原端等效负载阻值：

确定谐振电感Lr和谐振电容Cr。

二、威廉希尔官方网站 仿真01威廉希尔官方网站 模型搭建

目前，威廉希尔官方网站 仿真软件很多，本次我们采用MATLAB中的可视化威廉希尔官方网站 仿真软件包 Simulink 进行威廉希尔官方网站 模型搭建。

Simulink 被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。

接下来就让我们一起进行 LLC 谐振变换器威廉希尔官方网站 模型搭建。

▍启动 Simulink

打开 MATLAB 软件，启动 Simulink；

▍模块器件选择

点击“模块库浏览器”图标进行器件选择。

以直流电压源为例，搜索“Electrical Sources”，选择“DCVoltagte Source”，拖拽至模型搭建界面；

▍参数设置

双击器件进行参数设置。

以直流电压源为例，双击电压源图标会弹出参数设置界面，填入输入额定电压值“150”V即可;

▍威廉希尔官方网站 模型

重复上述步骤进行器件选择与参数设置后，按照威廉希尔官方网站 拓扑结构对器件进行连接,得到的LLC谐振变换器模型如图：

02开环调试

威廉希尔官方网站 模型搭建完成后，在输入与输出端添加传感器模块，并接入示波器模块中进行波形观察；然后,搭建驱动波形产生威廉希尔官方网站 并输入至开关器件端。

开环调试威廉希尔官方网站 如图所示：

LLC谐振变换器常用脉冲频率调制（PFM）方式，通过调节开关频率进行输出电压调节。

设置开关频率为100kHz，可以观察到输出电压为168V；然后，设置频率为70kHz，可以观察到输出电压为183V。

如此，威廉希尔官方网站 输出电压波形符合预期，且可通过改变开关频率实现输出电压调节，符合威廉希尔官方网站 控制规律。

03闭环调试

这里闭环采用 PI 控制方式，威廉希尔官方网站 设计如图：

点击“运行”按钮进行拓扑威廉希尔官方网站 的闭环调试，点击波形采集窗口可以观察到输出电压波形如图。

这里设置的闭环输出电压为200V，可以看到输出电压最终稳定在200V，符合变换器设计要求。

到这里，LLC谐振变换器拓扑的威廉希尔官方网站 设计与仿真已经完成，电源的输出基本符合预期。

下期内容我们将继续带大家搭建实际的硬件威廉希尔官方网站 平台，并配合PPEC控制核心和PPECWorkbench开发软件进行LLC谐振变换器拓扑的免代码开发。敬请期待！