LC串聯諧振拓撲仿真建模及控制策略分析

直流高壓電源主要應用于高端精密分析儀器、高端醫療分析儀器、靜電應用、激光雷達、核探測、慣性導航、雷達通信、電子對抗、高功率脈沖、等離子體推進等行業領域。

LC串聯諧振拓撲是直流高壓電源中最為常用的拓撲結構。上一期內容中我們對 LC 串聯諧振變換器的工作原理進行了分析，今天繼續為大家分享 LC 串聯諧振變換器的仿真建模及控制策略分析。

根據開關頻率fs與諧振頻率fr的關系，變換器有三種工作模式，而實際應用時一般工作在DCM模式（0

都準備好了嗎，一起跟小編來學習了！

一、電路設計01電路拓撲設計

LC串聯諧振拓撲包括：原邊LC全橋串聯諧振電路、變壓器和副邊整流電路。

副邊電路常用的有全橋整流電路以及倍壓整流電路，這里以副邊整流采用全橋整流電路為例，電路拓撲結構如圖所示：

02電源技術指標設計

?輸入電壓vin：100V(95~105)

?充電電壓vo：1000V

?充電時間t：1s

?負載電容cd：500μF

?最大工作頻率fsmax：10kHz

03器件參數設計

▍變壓器變比N設計

Vomax

Nmax= ——————

Vinmin

Vomin

Nmin= ——————

Vinmax

這里變壓器變比選取N=10

▍諧振頻率設計

電路工作在 DCM 模式下 0

▍諧振電感與諧振電容設計

根據上式可以解得Lr=1.1mH，Cr=6.9μF。

二、電路仿真01電路模型搭建

目前，電路仿真軟件很多，本次我們采用Matlab中的可視化電路仿真軟件包Simulink進行電路模型搭建。

Simulink被廣泛應用于線性系統、非線性系統、數字控制及數字信號處理的建模和仿真中。

接下來就讓我們一起進行LC 串聯諧振變換器電路模型搭建。

▍啟動Simulink

打開Matlab軟件，啟動Simulink；

▍模塊器件選擇

點擊“模塊庫瀏覽器”圖標進行器件選擇。

以直流電壓源為例，搜索“Electrical Sources”，選擇“DCVoltagte Source”，拖拽至模型搭建界面；

▍參數設置

雙擊器件進行參數設置。

以直流電壓源為例，雙擊電壓源圖標會彈出參數設置界面，填入輸入額定電壓值“100”V即可;

▍電路模型

重復上述步驟進行器件選擇與參數設置后，按照電路拓撲結構對器件進行連接,得到的LC串聯諧振變換器模型如圖：

02開環調試

電路模型搭建完成后，在輸入與輸出端添加傳感器模塊，并接入示波器模塊中進行波形觀察；然后搭建PWM波形產生電路并輸入至開關器件端。

開環調試電路如圖所示：

此處PWM控制方式為調頻控制，通過改變開關頻率達到調節輸出電壓的目的。

首先設置PWM開關頻率為 1kHz，占空比為40%，可以看到輸出電壓幅值在1200V左右；然后設置開關頻率為 5kHz，可以觀察到輸出電壓為350V左右。

如此，電路輸出電壓波形符合預期，且可通過改變開關頻率實現輸出電壓調節，符合電路控制規律。

03閉環調試

這里閉環采用PI控制方式，電路設計如圖：

點擊“運行”按鈕進行拓撲電路的閉環調試，點擊波形采集窗口可以觀察到輸出電壓波形如圖。

這里設置的閉環輸出電壓為1000V，可以看到輸出電壓最終穩定在1000V，符合變換器設計要求。

到這里，LC 串聯諧振變換器的電路設計與仿真已經完成了，電源的輸出基本符合預期。

后續我們會繼續分享其他電源設計常用拓撲的工作原理與仿真建模，敬請期待。