39、高频 LLC 谐振转换控制系统动态优化算法分析与研究

高频 LLC 谐振转换控制系统动态优化算法分析与研究

1. 引言

随着计算机技术和电子技术的飞速迭代发展，关键开关电源系统正朝着高频、高效和高功率密度的方向发展。LLC 谐振转换器作为满足模块化电源系统发展趋势的优秀转换器，在高频下具有出色的性能。然而，随着开关电源频率进入 MHz 时代，LLC 谐振转换器控制系统的动态性能日益恶化。

为解决 LLC 控制系统中的动态问题，众多研究机构对其动态优化算法进行了研究和分析：
|研究机构|提出算法|算法特点|存在问题|
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|韩国国家科学院|平均电流控制算法|采样 LLC 谐振槽电流，相比传统电压控制提升了整体控制系统的动态效果|未考虑电流传感器带来的带宽限制，在高频环境下动态效果不明显|
|意大利科研机构|先进 PID 控制算法（模糊控制算法）|理论分析和仿真显示该算法优于人工控制方案|未给出动态变化的实验结果，高频下的仿真结果缺乏说服力|
|加拿大研究员|电荷控制算法|利用谐振电容电荷估算谐振槽电流，形成双环控制，提高了控制频率，结构更简单|优化计算简单，本质上仍是人工方案，需要更多附加设备，未充分利用整个开关电源系统实现高功率密度发展方向|

基于上述分析，本文提出了一种基于状态轨迹法的 LLC 谐振转换器新型控制算法，并对控制系统的动态处理部分进行了优化。该算法的创新点在于基于 LLC 谐振转换器谐振槽中谐振电容的充放电来估算动态切换时间，从而提高动态切换速度。同时，针对动态切换过程中的电压过冲问题，采用了新的采样策略来实现电压过冲控制。最后，使用 MATLAB 和 SABER 对整个功率级电路和控制系统进行了仿真，并搭建了一