半桥LLC谐振变换器及同步整流MATLAB仿真（二）

        在上文《半桥LLC谐振变换器及同步整流MATLAB仿真（一）》讲解了半桥LLC谐振变换器的工作原理，本文将利用MATLAB搭建电路模型进行仿真。

        参数：输入电压：400Vdc；输出电压范围：36-50V ；输出电流最大值50A。

        主电路关键器件参数这里就不详细计算了，如下参数仅供参考：

        谐振电容Cr：100nF；

        谐振电感Lr：20uH；

        变压器原边感量Lm：80uH；

         变压器副边感量L2：5uH；

        变压器匝比：4：1

       一般在电路参数设计需要验证参数是否合理。比如，增益是否能满足电压、电流、功率的要求。绘制输出电压Vout与开关频率f的函数曲线，需要用到LLC的输出电压计算公式：    

        式中Vin表示输入电压，n表示电压器匝比，k表示即励磁电感Lm与谐振电感Lr的比值，fr表示谐振频率，f表示开关频率，Q表示Q值（其定义可看上文）。

 绘制函数曲线常用mathcad、matlab等软件。我这里直接使用matlab的脚本进行曲线绘制：

  在matlab菜单栏左上角选择“新建脚本”，创建一个空脚本，然后输入如下程序：

%基本参数%
Lr=20;  %谐振电感/uH
Lm=80;  %励磁电感/uH
Cr=0.1;  %谐振电容/uF
R=[1,2,5] ;     %输出电阻，分别代表轻载、半载、满载时的电阻/R
n=4;       %变压器匝数比
Vin=400;

f=linspace(30,200);%f区间

for i=1:3   %for循环计算不同的R值所对应的增益曲线   
Fr1=1./(2*pi*sqrt(Lr*Cr./1000000)); %计算Fr1
K=Lm./Lr;                           %系数K
Req=(8./(pi*pi))*n*n*R(i);             %输出电阻等效到原边
Q=sqrt(Lr./Cr)./Req;                %计算Q
G=1./(   ((1-(Fr1./f).*(Fr1./f))./K+1).^2 + Q.*Q.*((f./Fr1-Fr1./f).^2 )   );       %增益公式
Vout=Vin.*G./n./2;     %输出电压计算（输入x增益/变压器匝比）
%plot(f,G); %绘制增益曲线
plot(f,Vout);   %绘制输出电压曲线
hold on;    %保持上次绘制的曲线
end

     然后点击运行，或者按F5.

 就能得到如下曲线：

         三条曲线分别代表程序里设置的R=1、2、5时的电压变化曲线。峰值越高的曲线对应较小的负载R值时的曲线。可以发现，3条曲线都会经过（112，50）这个点。而本LLC的谐振频率正是112kHz。这就是LLC的谐振点工作特性：不管负载多大，输出电压都是相同的。关于LLC详细的原理，可参考我上篇文章，这里就不详细说了。

        在主界面的右边有一个工作区，可以查看程序中所有中间变量的值，例如K值、Q值、Req。

        我们回到仿真，在matlab中新建simlink空白模型。首先是主电路，模型如下。

 开关管Q1.Q2可参考如下参数

        Snubber resistance Rs（缓冲电阻）设为inf（无穷大）即表示不需要缓冲电阻；Snubber capacitance Cs（缓冲电容）设为0即表示不需要缓冲电容。这两个参数这样设置可以尽可能模拟理想的器件。

         所有的电阻、电容、电感都是选择series RLC Branch，然后在里面可修改成单独的电感电容电阻。

 变压器选择Linear Transformer，参数如下

         变压器选择线性变压器，我们只需要双绕组，所以取消勾选“Three windings transformer”

        变压器参数我这里使用的都是国际单位制，也可以使用标幺值。

        Q1、Q2驱动，模型如下：

         输出端口”Frequency“即驱动的频率，输出端口Q1、Q2分别为上下管的驱动。80k频率驱动仿真波形：

         调节最右边的costant参数，可以修改死区时间。计算为：死区时间=周期*（1-0.99）/2。

        同步整流及控制模块:

        该模块即通过分别采集每个MOSFET的DS电压，来控制对应MOS的关断与截止。

输出电压环控制：

         电压环用以稳住输出电压，这里没使用电流环进行控制，电压环与电流环的双环控制方法 可参考《反激式开关电源的双环控制（电压环+电流环）之MATLAB仿真》，方法基本一样。       

        其中“电压基准”即想要的输出电压，“频率最大值“ 即最大的开关频率，这里我设置成180K，另外还需要设置PID的输出范围：

 这里我设置成0-100。

       根据模型可以知道，开关频率=频率最大值（180）-PID输出（0-100）。所以，开关频率范围为80-180kHz。如果输出电压上下限不满足要求，可在这里修改开关频率上下限。

        电压环的PID参数调节，在前面几篇文章中都有详细介绍，这里就不讲了。可参考如下参数（不一定是最好的）：

        如果仿真过程中出现报错“电感开路”，可在对应电感的两端并联一个阻值非常大的电阻。如下，谐振电感与变压器副边都并联有大电阻。

运行仿真，即可。