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（fm<fs<fr），且应该保证电路的增益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为电路开关频率fs关于二元谐振频率的归一化表示，fn=fs/fr；电路的增益与频率的关系如下图：

为保障增益曲线的单调变化，电路的开关频率应大于纯阻性曲线与电路增益曲线的交点频率fi（也就是电路工作的最小开关频率fsmin），由于通常fi>fm，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；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确定谐振电感和谐振电容:

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！