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并传递给负载，这一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合适的控制算法，并与合适的硬件平台配合使用，通过一系列指令生成开关控制脉冲。控制系统还需为次要过程确保其他重要功能。

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，不间断电源必须为宽范围的输出功率生成具有恒定频率和恒定幅度的恒定输出电压；用于电力驱动应用的转换器则需通过生成具有可配置幅度和速度的三相电压系统来控制速度。因此，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。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且设计程序成熟，因此可以轻松将模拟（连续）控制器转换为离散控制器，进而在微控制器和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取控制到输出的传递函数。本文将讨论一种基于仿真的新方法来获取转换器的传递函数，