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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谐振变换器的电路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、电路设计 1、电路拓扑设计 LLC谐振变换器主要包含开关电路、谐振电路以及整流电路三个部分,这里以常用的全桥LLC变换器为例进行仿真分析,电路拓扑结构如下。 ![]() 2、电源技术指标 • 输入额定电压Vin:150V;(130V~170V) • 输出额定电压V0:200V;(180V~220V) • 输出额定功率P:900W • 谐振频率fr:100kHz 3、器件参数设计 3.1设计原则 在实际电路设计时,一般工作在欠谐振状态(fmfm,因此电路工作一般工作在fi~fr之间。 3.2参数计算 ①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: ![]() ②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;file:///C:UserschehairuAppDataLocalTempksohtml9476wps6.jpg选取范围一般在0.3~0.6(作为参考范围),这里取Q=0.5。 ③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: ![]() ④确定谐振电感file:///C:UserschehairuAppDataLocalTempksohtml9476wps9.jpg和谐振电容file:///C:UserschehairuAppDataLocalTempksohtml9476wps10.jpg: ![]() 二、电路仿真 1、电路模型搭建 目前,电路仿真软件很多,本篇我们采用matlab中的可视化电路仿真软件包Simulink进行电路模型搭建。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。它数据处理有效精细,运行速度较快,数据的格式兼容性好,数据后处理与分析方便。 ①启动 Simulink 打开 MATLAB 软件,启动 Simulink; ![]() ②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“Elec trical Sources”,选择“DC Voltagte Source”,拖拽至模型搭建界面; ![]() ③参数设置 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; ![]() ④电路模型 重复上述步骤进行器件选择与参数设置后,按照电路拓扑结构对器件进行连接,得到的LLC谐振变换器模型如图: ![]() 2、开环调试 在搭建完成的电路模型的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电路并输入至开关器件端,开环调试电路如图所示。 ![]() 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,电路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,符合电路控制规律。 ![]() 3、闭环调试 这里闭环采用PI控制方式,电路设计如图: ![]() 点击“运行”按钮进行拓扑电路的闭环调试,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谐振变换器拓扑的电路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电路平台,并配合PPEC控制核心和PPEC Workbench开发软件进行LLC谐振变换器拓扑的免代码开发。敬请期待! |
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