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LLC諧振變換器作為諧振開關(guān)技術(shù)的重要拓撲之一，具有高效率、調(diào)壓特性好、寬負載變化范圍內(nèi)工作特性優(yōu)良等特點，廣泛應用于電源供應、電動汽車充電、LED照明、太陽能電池板系統(tǒng)以及工業(yè)自動化等多個領域。

上期內(nèi)容中我們對 LLC諧振變換器的電路結(jié)構(gòu)與工作原理進行了分析，了解到變換器最為常用的調(diào)制方式為脈沖頻率調(diào)制（PFM）。今天繼續(xù)為大家分享 LLC諧振變換器的仿真建模及控制策略分析。

一、電路設計01電路拓撲設計

LLC諧振變換器主要包含：開關(guān)電路、諧振電路以及整流電路。這里以常用的全橋LLC變換器為例進行仿真分析，電路拓撲結(jié)構(gòu)如下：

02電源技術(shù)指標設計?輸入額定電壓vin：150V(130V~170V)?輸出額定電壓vo：200V(180V~220V)?輸出額定功率P：900W?諧振頻率fr：100kHz03器件參數(shù)設計

▍設計原則

在實際電路設計時，一般工作在欠諧振狀態(tài)（fmsr），且應該保證電路的增益M隨頻率單調(diào)變化。增益M與頻率的關(guān)系如下式所示：

其中Q為品質(zhì)因素，與負載電阻及諧振參數(shù)有關(guān)（n為變壓器變比，RL為輸出負載）:

K為勵磁電感Lm與諧振電感Lr的比值，即K=Lm/Lr；fn為電路開關(guān)頻率fs關(guān)于二元諧振頻率的歸一化表示，fn=fs/fr。

電路的增益與頻率的關(guān)系如下圖：

為保障增益曲線的單調(diào)變化，電路的開關(guān)頻率應大于純阻性曲線與電路增益曲線的交點頻率fi（也就是電路工作的最小開關(guān)頻率fsmin），由于通常fi>fm，因此電路工作一般工作在fi~fr之間。

▍參數(shù)計算

計算變壓器變比n。

確定輸入電壓范圍Vimin、Vimax，額定輸入電壓Vinom，輸出電壓范圍Vomin、Vomax，額定輸出電壓Vonom，額定輸出功率Ponom。

根據(jù)增益曲線并結(jié)合設計原則確定參數(shù)K值與Q值。

其中，K一般取值在4~5（作為參考范圍），這里取K=5；Q選取范圍一般在0.3~0.6（作為參考范圍），這里取Q=0.5。

計算副端輸出負載電阻與原端等效電阻。

計算變壓器副端輸出負載電阻：

計算變壓器原端等效負載阻值：

確定諧振電感Lr和諧振電容Cr。

二、電路仿真01電路模型搭建

目前，電路仿真軟件很多，本次我們采用MATLAB中的可視化電路仿真軟件包Simulink進行電路模型搭建。

Simulink被廣泛應用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號處理的建模和仿真中。

接下來就讓我們一起進行LLC 諧振變換器電路模型搭建。

▍啟動Simulink

打開MATLAB軟件，啟動Simulink；

▍模塊器件選擇

點擊“模塊庫瀏覽器”圖標進行器件選擇。

以直流電壓源為例，搜索“Electrical Sources”，選擇“DCVoltagte Source”，拖拽至模型搭建界面；

▍參數(shù)設置

雙擊器件進行參數(shù)設置。

以直流電壓源為例，雙擊電壓源圖標會彈出參數(shù)設置界面，填入輸入額定電壓值“150”V即可;

▍電路模型

重復上述步驟進行器件選擇與參數(shù)設置后，按照電路拓撲結(jié)構(gòu)對器件進行連接,得到的LLC諧振變換器模型如圖：

02開環(huán)調(diào)試

電路模型搭建完成后，在輸入與輸出端添加傳感器模塊，并接入示波器模塊中進行波形觀察；然后,搭建驅(qū)動波形產(chǎn)生電路并輸入至開關(guān)器件端。

開環(huán)調(diào)試電路如圖所示：

LLC諧振變換器常用脈沖頻率調(diào)制（PFM）方式，通過調(diào)節(jié)開關(guān)頻率進行輸出電壓調(diào)節(jié)。

設置開關(guān)頻率為100kHz，可以觀察到輸出電壓為168V；然后，設置頻率為70kHz，可以觀察到輸出電壓為183V。

如此，電路輸出電壓波形符合預期，且可通過改變開關(guān)頻率實現(xiàn)輸出電壓調(diào)節(jié)，符合電路控制規(guī)律。

03閉環(huán)調(diào)試

這里閉環(huán)采用PI控制方式，電路設計如圖：

點擊“運行”按鈕進行拓撲電路的閉環(huán)調(diào)試，點擊波形采集窗口可以觀察到輸出電壓波形如圖。

這里設置的閉環(huán)輸出電壓為200V，可以看到輸出電壓最終穩(wěn)定在200V，符合變換器設計要求。

到這里，LLC諧振變換器拓撲的電路設計與仿真已經(jīng)完成，電源的輸出基本符合預期。

下期內(nèi)容我們將繼續(xù)帶大家搭建實際的硬件電路平臺，并配合PPEC控制核心和PPECWorkbench開發(fā)軟件進行LLC諧振變換器拓撲的免代碼開發(fā)。敬請期待！