ISSN1008铜446承德石油高等专科学校学报第22卷第6期，2020年12月CN13-1265/LE Journal of Chengde Petroleum College Vol.22,No.6,Dec.2020
仿真研究
毕兆岩，刘云林，张尚然，蔡青青，冯海超
(承德石油高等专科学校电气与电子工程系，河北承德067000)摘要：随着新能源发电的迅速发展，比如光伏发电、风力发电等一些场合对后级的DC/DC变换器提出了宽输入、高效率的要求"而全桥LLC谐振变换器(FB-LC)由于原边所有开关管均可实现零电压导通(ZVS)、副边二极管均可实现零电流关断(ZCS)，整体效率较高"为了满足宽输入的要求，采用变模态控制，当输入电压较低时，采用全桥模态；当输入电压较高时，采用半桥模态"通过对全桥LLC谐振变换器的工作原理进行分析，建立了全桥LLC谐振变换器工作在变模态控制下的增益模型，并通过仿真进行了验证0 关键词：新能源；宽输入；全桥LLC；变模态控制
中图分类号:TM46文献标志码:A文章编号：1008-9446(2020)06-0048-05
Simulation Research of Full-bringe LLC Resonant Converter
with Wine Input Range
BI Zhro铜en,LIU Yun-lin,ZHANG Shang-ran,CAI Qing-qing,FENG Hri-chro (DepaotmentofEeectoicaeand E eect oonic Enginee oing!Chengde Pet oo eeum Co e ge!
Chengde067000,Heibei,China)
Abstract：With the rapid development of new eneray power generation,the requirementa of wide input and high eficiency for DC/DC cenverters in the latter stare are put forward by photoveltaic power generation and wind power generation.The primac side switching tubes of full-bridge LLC resonant converter(FB-PLC)can achieve zero veltaae conduction(ZVS)and all secendao diodes can achieve zero current turn-off(ZCS),which wsu/s in the higher efficiency in operation.Variable mode control is adopted to meet the requirements of wide input.The full-bridge mode is used when the input veltaae is low,and the half-bridge mode is used when the input veltaae is high.In this paper,by analyzing the working principle of the full-bridge LLC resonant converter,the gain model of full-bridge LLC resonant converter operating under wriable mode control is constructed and verified through simulation.
Key wo S s：new eneray；wide input;full-bridge LLC;variable mode control
随着能源危机和环境问题的日益严重，新能源发电得到了国家的大力支持，其中光伏发电、风力发电以其无污染、可再生的优势得到了广泛应用［心。但光伏太阳能板和风机的输出直流电压不稳定，因此后级需要一款具有宽电压输入的高效率的DC/DC变换器。传统的DC/DC变换器采用脉冲宽度调制(Pule Width Modulation,PWM)，开关器件一般工作在硬开关状态下，效率较低，不适合高频化，不利于减小变换器的体积*3铜+；而移相全桥变换器(Phase Shift Ful l Body,PSFB)的开关管可实现软开关，但在轻载情况下，存在滞后桥臂开关管不能实现ZVS，占空比丢失以及副边整流二极管的反向恢复问题［5'6］O 而LLC谐振变换器通常采用调节开关频率的方式来调节电压增益，可以在全负载范围内实现所有开关器件的软开关，并通过变模态控制，实现宽电压范围输入"铜］。
收稿日期：2020-07-14
第一作者简介：毕兆岩(1992-)，男，河北唐山人，助教，硕士，主要从事电力电子技术方向研究工作,E-mail：1340970867@qq。
毕兆岩，等：全桥LLC谐振变换器在宽范围输入下的仿真研究・49・
导引头1工作原理
图1给出了全桥LLC谐振变换器的主电路拓扑。其中原边四个开关管Q1〜Q4(其体二极管和寄生电容分
别为D1〜D4和C〜C4)组成变换器的两个桥臂；谐振网络由谐振电感L)励磁电感L m以及谐振电容C组成；副边由四个二极管D1〜D4组成的全桥整流电路；原副边由高频变压器连接；负载电阻为A。
图2(a)给出了全桥LLC谐振变换器在全桥模式下的主要波形，从图中可以看出，在该控制模态下，开关管Q1、Q4和Q2、Q3互补导通，此谐振的输入电压为V s，副极管实现了ZCS°2( b)给全桥LLC谐振变在半桥模式下的波形，从图中可以，在该控制模态下，管Q1和Q3互补导通、开关管Q2常开、管Q4常闭，此时谐振的输入电压为1/2V s，副极管实现了ZCS°
b)半桥模态下的主要波形
图2变模态下开关频率£小于谐振频率£时的主要波形
2增益模型建立分析
为了方便分析建立LLC谐振网络的增益模型，先做如下假设：假设变压器为理想器件，且原副边匝比为n：l，变压器原边的电流波形为正弦波；副边两对极管导通；够大，压无纹波；纯。
根据LLC谐振变的原理以及整流部分的等效电路分析，可将其等效为如图3所示。其中，:b 为谐振网络的输入电压，其幅值是输入电压V s，占比为50%的方波。由基波分析法(FHA)，可推导
・50・承德石油高等专科学校学报2020年第22卷第6期
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"Il 图3交流等效电路图
出变换器谐振网络的直流输出增益为:
人_厂
式中/n 为变换器的归一化工作频率，即:
谐振 的 质因 数 9 :9丄_玄
A c 8n 2 A
感 数比 5 :5 _L m 5 _ $r
根据式(1)并借助Mahca 软件可以画出LLC 谐振网络的增益曲面，如图4所示3
一棵树上的两种果实2 1
2
1(1)
(2)
(3)
(4)
a) ^3.5时谐振网络电压增益M 随0和人变化的曲面图b) 9=0.29时谐振网络电压增益M 随和尤变化的曲面图
图4变频模式下谐振网络的电压增益特性
图4 ( a )为电感系数比5=3.5时，电压增益随归一化频率仁、品质因数9的变化曲面图，图4 ( b )为 品质因数9二0.29 ，压增益随归一化频率仁、感 数比5的变化曲面图° 中可以 着电感系数比5的增加，增
曲线更平缓，实现相同的增 的变 大；随着 质因数9的增加，值增 第一谐振频率点，峰值压增益下降，增曲线更平缓；在ZVS 区，着仁的增加，电压增益逐渐下降
°
自动检测
毕兆岩，等：全桥LLC谐振变换器在宽范围输入下的仿真研究・51・3仿真验证
为了验证前面理论分析和增益模型的正确性和有效性，表1给出了全桥LLC谐振变换器仿真模型的数。
表1电路仿真模型的主要参数
参数值数值输入电压V g/V40〜120谐振电感厶/uH0.79
输出电压V y/V400谐振电容*/uF 3.19
输出电流3y/A7.5励磁电感L m/uH 2.8
负载A/-53.33开关频率Z/kHz55〜100
原副边匝比.1L5谐振频率ZC/kHz100
如图5所示，为全桥LLC谐振变换器在全桥模态下的仿真电路图，其中包括了主电路部分和控制电路部分。
图5全桥LLC谐振变换器全桥模态下的仿真电路
图6给出了当输入电压40V、输出电压
scaler
400V时的仿真波形。其中V yw、V yw为原边
开关管Q1、Q2的驱动波形,V dw、V dt原边开
关管Q1、Q2两端的电压波形,D谐振电流
波形,D m励磁电流波形。中可以看出,ca127
此管Q1、Q2均实现了ZVS，副边整流
二极管均实现了ZCS o
7给入压80V、压
400V时的波形。其中V yw、V yw原边开
关管Q1、Q2的波形,V dw、V dt原边开关
管Q1、Q2两端的电压波形，谐振电流波
妇幼保健机构管理办法
・52・承德石油高等专科学校学报2020年第22卷第6期形，D m 为励磁电流波形。从图中可以看出，此时开关管Q 1、Q 2均实现了 ZVS !副边整流二极管均实现了 ZCS 。
图7输入电压80 V 时的仿真波形
如图8所示，为全桥LLC 谐振变换器半桥模态下的仿真电路图淇中包括了主电路部分和控制电路部分。
图9给出了当输入电压120 V 、输出电 压400 V 的仿真波形。其中V /1〜V /t 为原 边开关管Q 1〜Q 4的驱动波形,V dt 、V dt 原 边开关管Q 1、Q 2两端的电压波形，谐振 电流波形,D m 励磁电流波形。 中可以看出，此
管Q 1、Q 2均实现了 ZVS ，副边极管均实现了 ZCS "4 结论
本文首先介绍了全桥LLC 谐振变换器 变模 制的 原理，然后建立了全桥LLC 图9输入电压120 V 时的仿真波形（下转第75页）
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