三频率控制双输出LLC谐振变换器

三频率控制双输出LLC谐振变换器

邹正祥 

（西南民族大学电气工程学院　四川 成都 610041）

摘 要：双输出LLC谐振变换器因其高频率、高效率和高功率密度的优越性能，广泛应用于新能源分布式发电、通讯电源等领域。文章分析了三频率控制双输出LLC谐振变换器工作原理；基于PSIM仿真软件搭建了三频率控制双输出LLC谐振变换器的仿真电路，并对其进行稳态分析，验证理论分析的可行性。

关键词：双输出LLC谐振变换器；三频率控制

0 引 言

实际电源装置或系统通常需要两个或多个等级的供电电压同时对不同的负载供电。双输出LLC谐振变换器能够提供两路电压输出，因其满足开关电源高开关频率、高变换效率和高功率密度的发展趋势，同时可实现电气隔离，广泛应用于新能源分布式发电、电动汽车充电桩、便携式产品及通讯电源等领域[1-4]。

理想的双输出LLC谐振变换器需要满足精确的输出电压调节、简单的控制方法和拓扑结构等要求。三频率控制双输出LLC谐振变换器通过三组不同频率的脉冲对其开关管进行控制，实现双输出LLC谐振变换器的输出电压调节，与传统的PI控制器相比，该方法有较强的鲁棒性。

本文分析了三频率控制双输出LLC谐振变换器工作原理；基于PSIM仿真软件搭建了三频率控制双输出LLC谐振变换器的仿真电路，并对其进行稳态分析。

1 工作原理

图1为三频率控制双输出LLC谐振变换器原理图，其中，Vin为直流电压源，Q1~Q4为开关管，Coss1~Coss4为开关管寄生电容，Lr为谐振电感，Cr为谐振电容，Lm为励磁电感，变压器T的变比为N1:N2:N3，D1~D4为支路1整流二极管，D5~D6为支路2整流二极管，C1、C2分别为支路1、2二次侧输出电容，R1、R2分别为支路1、2的负载电阻；vo1、vo2分别为支路1、2的输出电压，vref为参考电压，vab为开关网络输出电压，iLr为谐振电感电流，iLm为励磁电感电流。如图3-1所示，三频率控制双输出LLC谐振变换器控制环路主要由输出电压采样、逻辑选择电路、脉冲发生电路和死区发生电路组成，其中PH表示频率为fmax的高频率脉冲，Pr表示频率为fr的谐振频率脉冲，PL表示频率为fmin的低频率脉冲。

图1 三频率控制双输出LLC谐振变换器

三频率控制双输出LLC谐振变换器采用三组频率不同，占空比均为50%的控制脉冲实现双输出LLC谐振变换器调节。如图1所示，输出电压采样电路对输出电压vo1进行采样，与参考电压vref进行比较，通过逻辑选择电路输出三组不同的高低电平，使PH、Pr或PL接入脉冲发生电路，输出对应频率的脉冲方波信号，通过死区发生电路产生两组互补导通且带有死区时间的高低脉冲，控制开关管Q1~Q4的导通或关断，保证输出电压的动态平衡。

2 仿真分析

选择参考电压vref1=48.005，vref2=48.000，vref1=47.995，低频率脉冲PL为80k，高频率脉冲PH为130k，谐振频率脉冲Pr为100k。三频率控制双输出LLC谐振变换器稳态仿真波形如图2所示，负载变化时输出电压波形如图3所示，其中vo1为支路1输出电压波形，iLm为励磁电感电流波形，iLr为谐振电感电流波形，vq1，4为开关管Q1，Q4的控制脉冲波形。

图2 三频率控制双输出LLC谐振变换器稳态仿真波形

由vo1以及vq1，4波形可知，当vo1小于vref3时，双输出LLC谐振变换器选择低频脉冲PL；当vo1大于vref3且小于vref1时，双输出LLC谐振变换器选择谐振频率脉冲Pr；当vo1大于vref1时，双输出LLC谐振变换器选择高频脉冲PH。其稳态仿真符合工作原理分析。

图3 负载变化时输出电压波形

图3a为三频率控制双输出LLC谐振变换器负载变化时的输出电压波形，图3b为电压型控制双输出LLC谐振变换器负载变化时的输出电压波形。

3 结论

本文分析了三频率控制双输出LLC谐振变换器的工作原理，对其进行稳态仿真，验证了三频率控制双输出LLC谐振变换器的正确性，并对比于电压型控制双输出LLC谐振变换器，表明了三频率控制双输出LLC谐振变换器具有快速变化的负载瞬态响应速度。

参 考 文 献

[1]张传伟, 姜启刚, 夏东伟, 等. 家庭光伏逆变器用半桥LLC变换器的研究[J]. 通信电源技术, 2017, 34(2): 7-8.

[2]张涛, 朱小平. 基于LLC变换器的电动汽车充电机设计[J]. 电气技术, 2016(6): 97-100.

[3]ZHANG J Q, GAO T, JING Z R. LLC Resonant-based LED driver power supply design[J]. Power Electronics, 2012, 46(3): 9-11.

[4]戈现勉. 高效率LLC谐振变换器研究[D]. 浙江大学, 2015.

基金项目：西南民族大学中央高校基本科研业务费专项资金项目资助(2021NYYXS112)。

作者简介：邹正祥（1997-），男，贵州省毕节市，硕士研究生，主要研究方向为电力电子技术；