13、LLC谐振转换器控制系统设计新方法

LLC谐振转换器控制系统设计新方法

1. 引言

功率半导体转换器的主要任务是将电能从输入传输到输出和负载。这种能量流动通过控制一个或多个半导体器件的开关过程来实现。根据转换器的应用，需要为选定的开关频率选择正确的控制算法。该算法必须与合适的硬件平台配合使用，通过一组指令生成导通和关断控制脉冲。控制系统还必须确保二次过程的其他重要功能。

如今，存在大量的转换器拓扑结构，每种类型都适用于不同的使用条件。例如，不间断电源必须在宽范围的输出功率下产生具有恒定频率和恒定幅度的恒定输出电压。用于电动驱动应用的转换器必须通过生成具有可配置幅度和速度的三相电压系统来控制其速度。由此可见，对于每种功率转换器拓扑，必须使用不同类型的控制调制（PWM - 脉冲宽度调制、PSM - 相移调制、FM - 频率调制）和不同结构的调节器。因此，合适控制系统的选择取决于多个因素，包括转换器的输出功率、开关器件的类型、负载类型、硬件实现的可能性以及开关方式。

在开关电源的DC/DC转换器领域，主要关注数字控制的实现，即使用带有控制算法和与用户通信功能的微控制器或DSP。模拟控制系统广为人知，其设计过程也已掌握，因此很容易将模拟（连续）控制器转换为离散控制器，然后在微控制器和DSP中实现。但这种方法忽略了A/D转换器的采样保持效应和微处理器的计算时间。对于正确的离散控制器设计，可以使用直接数字设计方法。该方法使用离散形式的转换器传递函数，包括采样和计算延迟的影响。

为了设计控制器，需要转换器的传递函数。该传递函数基于控制器功率级的模型。对于PWM转换器（如降压、升压等），广泛使用平均法，但对于新的谐振拓扑（如LLC转换器），这种平均法无法用于获得控制到输出的传递函数。本文将讨论一种基于仿真的新方