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快速迭代发展，关键开关电源系统朝着高频、高效和高功率密度的方向发展。LLC 谐振转换系统能满足开关电源系统的发展趋势，在高频下表现良好。然而，由于 LLC 谐振转换器谐振槽结构复杂，限制了其带宽，导致其动态性能较差，在高频环境下问题更严重。因此，解决 LLC 谐振转换器控制系统在高频下的动态处理问题成为重要技术热点。

为解决 LLC 控制系统的动态问题，许多机构进行了研究：
- 韩国国家科学院提出基于 LLC 谐振槽电流的平均电流控制算法，虽提升了动态效果，但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。
- 意大利科研机构提出先进的 PID 控制算法（模糊控制算法），理论分析和仿真显示有优势，但缺乏动态变化实验结果，高频仿真结果说服力不足。
- 加拿大研究人员提出电荷控制算法，提高了控制频率，结构简单，但本质上仍是人工方案，需额外设备，未充分利用整个开关电源系统实现高功率密度。

基于上述分析，本文提出基于 LLC 谐振转换器谐振槽中谐振电容器充放电来估计动态切换时间，以提高动态切换速度。同时，采用新的采样策略控制动态切换过程中的电压过冲问题。最后，使用 MATLAB 和 SABER 对整个功率级电路和控制系统进行仿真，搭建 LLC 谐振转换系统，并使用 STM32F407 实现核心控制算法。

2. LLC 状态轨迹控制原理及当前问题

2.1 状态轨迹控制算法原理

状态轨迹控制算法是半桥 LLC 谐振转换器的优秀数字控制算法，能清晰图形化表达 LLC 的不同状态模式。在描述半桥