半桥LLC谐振变换器 PSIM仿真 电力电子变换器 纯模拟电路实现功能 输入:380~400VDC 输出:19VDC,90W
半桥LLC这玩意儿在电源界混了这么多年,江湖地位一直稳得很。今天咱们直接动手,用PSIM搭一个输入380-400V转19V的纯模拟方案。先甩个参数镇楼:谐振腔Lr=50uH,Cr=22nF,变压器变比20:1,先别急着问为啥是这个数,后边慢慢拆。
上PSIM先整主电路部分。半桥结构直接拖俩MOS管,中间抽头接谐振腔。这地儿有个坑要注意——死区时间得给够。实测发现当驱动信号的死区低于300ns时,体二极管还没完全导通就硬开关了,仿真里直接表现为电流尖刺,这里用模拟电路搭延迟电路的话,建议用两个74HC14反相器串联搞个500ns延迟。
变压器模型别直接用理想变压器,加上励磁电感才有那味儿。Lm取到500uH比较合适,这样既能保证ZVS实现,又不会让增益曲线太平坦。谐振频率算出来正好在100kHz左右,拿示波器探头在Cr两端看波形,应该能看到漂亮的正弦波尾巴。
控制环路是模拟电路的精髓。用TL431搭电压基准,配合PC817光耦做隔离反馈。重点在VCO电路设计——LM331来当压控振荡器,把误差信号转成频率变化。这里有个骚操作:在VCO的定时电阻上并个NTC,实现温度补偿。实测在25℃到85℃范围内,开关频率漂移不超过2kHz。
上代码时间!PSIM里变压器的子电路定义得这么写:
.subckt LLC_XFMR p1 p2 s1 s2 Lp p1 p2 500u Ls s1 s2 25u K Lp Ls 0.98 .ends耦合系数K别设1,留点漏感更真实。跑仿真时重点看Q1关断瞬间的Vds波形——要是电压爬升时有明显的平台期,说明ZVS成了。要是直接垂直上升?赶紧回去调死区时间或者检查谐振腔参数。
测试满载时的效率曲线,PSIM自带的功率计显示整机效率89%左右。别急着高兴,实际做板子至少掉3个点,MOS管的导通电阻和磁芯损耗可不是吃素的。最后扔个实测数据:输入395V时,输出19.2V/4.7A,电压纹波<80mVpp,这成绩在模拟方案里算能打了。
搞LLC就像炖老火靓汤,参数搭配是门玄学。记住三个诀窍:谐振腔Q值别太高,增益曲线留余量,闭环响应要够慢——没错,就是要慢!响应太快容易和谐振频率耦合出振荡,这也是为啥老工程师总在误差放大器后面加个RC滞后网络。