基于变频与移相混合控制(PFM+PSM)的全桥LLC谐振变换器仿真模型

基于变频与移相混合控制(PFM+PSM)的全桥LLC谐振变换器仿真研究

1. 拓扑结构

  • 采用全桥LLC谐振变换器拓扑。

  • 包含:全桥逆变电路(由4个开关管构成)、LLC谐振网络(谐振电感 Lr、谐振电容 Cr、励磁电感 Lm)、高频变压器、输出整流滤波电路(全波整流或全桥整流)。

2. 输入/输出规格

  • 输入电压范围: 300V DC - 400V DC

  • 额定输出电压: 360V DC

3. 控制策略

  • 采用变频控制(PFM)与移相控制(PSM)组成的混合控制策略(Hybrid PFM+PSM Control)

  • 变频控制 (PFM): 通过调节开关频率(fs)来控制输出电压。在输入电压或负载变化时,改变 fs 以维持输出电压稳定。

  • 移相控制 (PSM): 在固定开关频率下,调节全桥同一桥臂上下两个开关管驱动信号之间的相位差(移相角 φ)来控制输出电压。

  • 混合控制核心: 根据输入电压和/或负载条件,自动切换平滑过渡使用 PFM 或 PSM 控制模式,以实现最优性能。

    • 典型应用: 在输入电压接近标称值(如 360V 输入目标 360V 输出)或轻载时,主要使用 PSM 模式以获得更小的频率变化范围和更优的 EMI 性能;在输入电压偏离标称值较大(如高压或低压输入)或重载时,切换到 PFM 模式以利用其更强的宽范围调节能力。
  • 闭环控制: 系统采用输出电压闭环控制。输出电压采样信号与基准电压比较,误差信号通过控制器(如 PID、PR 或其它先进控制算法)生成控制信号,该控制信号作用于混合控制逻辑模块,决定 PFM 的频率调节量或 PSM 的移相角度调节量,最终实现输出电压的精确、稳定调节。

4. 关键性能目标

  • 宽范围输入适应性: 确保在 300V - 400V 宽输入电压范围内,稳定输出 360V DC。

  • 软开关实现: 在整个输入电压范围和负载范围内,主开关管(MOSFETs)实现零电压开通(ZVS)整流二极管(或同步整流管)实现零电流关断(ZCS)或接近零电流关断。这是 LLC 谐振变换器的核心优势,混合控制策略需确保在两种模式下均能维持软开关条件,以最小化开关损耗,提高效率。

  • 高效率: 得益于软开关的实现,目标是在整个工作范围内获得高效率。

  • 自动模式切换: 控制算法需实现 PFM 与 PSM 模式之间的平滑、自动切换逻辑,切换过程应保证输出电压稳定,避免扰动。切换逻辑通常基于输入电压、输出负载或预设的工作点阈值。

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