探索变频与移相混合控制的全桥LLC谐振变换器仿真模型

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在电力电子技术中，全桥LLC谐振变换器因具备高效率、低电磁干扰等优势，被广泛应用于各类电源系统中。本文介绍一种采用变频与移相混合控制策略的全桥LLC谐振变换器仿真模型，其输入电压范围为300V至400V，输出稳定在360V。在0.02秒时刻进行输入电压切换，系统需维持输出电压恒定，并确保电流工作于欠谐振状态。

系统参数设定

该变换器设计输入电压可在300V到400V之间变化，目标输出电压为稳定的360V直流。当仿真运行至0.02秒时，输入电压发生切换，控制系统必须快速响应以保持输出不变。同时，要求谐振电流处于欠谐振模式，即工作频率高于谐振频率，从而实现零电压开通（ZVS），提升整体效率。

电路结构搭建（基于MATLAB/Simulink）

使用Simulink平台构建完整的全桥LLC谐振变换器模型，主要包括三个核心部分：全桥逆变电路、LLC谐振网络以及整流滤波电路。

1. 全桥逆变电路

该模块将直流输入转换为高频交流信号，作为后续谐振网络的激励源。在Simulink中通过添加相应的功率开关器件和驱动接口，构建出全桥拓扑结构，并配置输入电压端口与控制信号输入端。

% 创建全桥逆变电路模块
Inverter = 'Simscape Electrical / Power Electronics / Full - Bridge Inverter';
add_block(Inverter, 'MyModel/Inverter');
% 设置输入电压端口
set_param('MyModel/Inverter', 'VoltageSource1', 'V1');
set_param('MyModel/Inverter', 'VoltageSource2', 'V2');
% 连接控制信号端口
set_param('MyModel/Inverter', 'ControlSignal1', 'C1');
set_param('MyModel/Inverter', 'ControlSignal2', 'C2');

2. LLC谐振网络

由两个电感（励磁电感与谐振电感）和一个谐振电容构成，利用其谐振特性实现软开关操作。此模块连接在逆变电路之后，接收高频交流信号并进行谐振处理，有效降低开关损耗。

% 创建LLC谐振网络模块
LLC_Network = 'Simscape Electrical / Elements / Series RLC Branch';
add_block(LLC_Network, 'MyModel/LLC_Network');
% 设置电感、电容参数
set_param('MyModel/LLC_Network', 'Inductance', 'Lr');
set_param('MyModel/LLC_Network', 'Capacitance', 'Cr');
% 连接到逆变电路输出
connect('MyModel/Inverter', 'A', 'MyModel/LLC_Network', '1');

3. 整流滤波电路

负责将来自谐振网络的高频交流电整流为直流电，并通过滤波元件平滑输出纹波，最终获得稳定的360V输出电压。

% 创建整流滤波电路模块
Rectifier = 'Simscape Electrical / Power Electronics / Diode Bridge';
add_block(Rectifier, 'MyModel/Rectifier');
Filter = 'Simscape Electrical / Elements / Series RLC Branch';
add_block(Filter, 'MyModel/Filter');
% 连接电路
connect('MyModel/LLC_Network', '2', 'MyModel/Rectifier', 'A');
connect('MyModel/Rectifier', 'P', 'MyModel/Filter', '1');

控制策略设计

本模型采用变频与移相相结合的混合控制方式，以实现精确调节与高效运行。

变频控制机制

通过动态调整逆变器的开关频率来改变能量传输能力，进而调控输出电压。在Simulink中设置频率随时间变化的函数，生成对应频率的PWM控制信号。

% 变频控制部分
f_start = 50e3; % 起始频率
f_end = 100e3; % 终止频率
t = 0:0.00001:0.04; % 时间向量
f = interp1([0, 0.02, 0.04], [f_start, f_end, f_start], t);
% 产生PWM信号
pwm_signal = pwmgen(f, duty_cycle);

起始频率与终止频率根据负载情况设定，结合时间向量生成连续可调的频率曲线，再经由

pwmgen

函数生成用于驱动开关管的PWM波形，完成频率调节功能。

移相控制实现

通过对全桥中两组桥臂的导通时序引入相位差，进一步微调输出功率。设定特定移相角后，对基础PWM信号进行循环移位处理，形成两路具有相位偏移的驱动信号。

% 移相控制部分
phase_shift = 30; % 移相角度
control_signal1 = pwm_signal;
control_signal2 = circshift(pwm_signal, phase_shift);

输入电压切换逻辑

为了模拟实际工况下的输入波动，在仿真时间达到0.02秒时触发输入电压切换动作。具体实现如下：

% 输入切换逻辑
input_voltage = zeros(size(t));
input_voltage(t <= 0.02) = 300;
input_voltage(t > 0.02) = 400;

当仿真时间小于0.02秒时，输入设为300V；超过该时间点后，自动切换至400V，验证系统在输入突变条件下的稳定性与调节能力。

欠谐振状态的实现方法

要使系统工作于欠谐振区域，关键在于合理配置LLC网络中的电感与电容参数，确保实际工作频率高于谐振频率。具体可通过以下方式实现：

Lr

Cr

通过设定合适的电感值和电容值，计算得出系统的谐振频率。例如：

Lr = 100e - 6; % 电感值
Cr = 100e - 9; % 电容值
resonant_frequency = 1 / (2 * pi * sqrt(Lr * Cr));

使控制器输出的工作频率始终高于该谐振频率，即可保证电流波形处于欠谐振状态，有利于实现主开关管的零电压开通，减少开关损耗。

综上所述，通过在Simulink环境中完成电路建模、控制算法编程及关键参数整定，成功构建了满足性能需求的变频与移相混合控制全桥LLC谐振变换器仿真模型。该模型能够在输入电压从300V切换至400V的过程中，保持输出电压稳定在360V，并使系统运行于欠谐振状态，对于深入研究高效DC-DC变换技术及优化电源动态响应具有重要参考价值。

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关键词：仿真模型 LLC Electronics Electrical electronic