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💥第一部分——内容介绍

摘要

针对宽范围输入电压应用场景下传统单一控制策略的固有局限，本文构建了全桥LLC谐振变换器的PFM+PSM混合控制仿真模型。该模型采用电压单环控制架构，依据输入电压与给定参考值的偏差自动切换变频与移相两种调制模式：当输入电压高于参考值时启用变频控制，变换器工作于欠谐振状态实现升压调节；当输入电压低于参考值时切换至定频移相控制，通过改变谐振腔输入电压有效值实现降压调节。仿真结果表明，所建模型实现了全范围零电压开关（ZVS），输出电压能够稳定跟踪给定值，谐振腔波形呈现典型的欠谐振特征。本文的仿真方法注重实用性与可复现性，为LLC变换器控制策略的研究提供了直观有效的验证平台。

关键词：全桥LLC谐振变换器；混合控制；变频控制；移相控制；零电压开关

1 引言

LLC谐振变换器凭借其原边开关管零电压开通（ZVS）和副边整流二极管零电流关断（ZCS）的软开关特性，在中大功率DC-DC变换领域获得了广泛应用。然而，当变换器需要适应宽范围输入电压时，传统的单一调制策略面临显著挑战。变频控制（PFM）虽能通过调节开关频率改变电压增益，但宽输入范围要求频率大幅变化，导致磁性元件优化困难且轻载效率下降；定频移相控制（PSM）虽可在固定频率下调节增益，但移相角过大时谐振腔环流增加，软开关条件恶化。

李菊与阮新波在《全桥LLC谐振变换器的混合式控制策略》一文中首次系统阐述了将变频与移相结合的控制思路：变换器在宽输入范围内根据工况自动选择变频或移相模式，在全负载范围内实现ZVS，且开关频率变化范围显著收窄。这一策略为宽范围输入LLC变换器的设计提供了重要理论框架。

然而，从仿真实现的角度审视，现有可获取的混合控制仿真模型普遍存在搭建门槛高、调试困难、运行速度慢等问题。许多模型采用复杂的S函数或C语言嵌入方式，不利于初学者理解和修改。本文的研究目的在于：提供一种通俗易懂、可复现性强的仿真搭建方法，在保持混合控制策略核心逻辑的前提下，简化仿真实现路径，使仿真模型既具备良好的波形质量，又具有较快的运行速度。

本文的结构安排如下：第2节阐述混合控制的核心原理与模式切换逻辑；第3节详细说明仿真模型的搭建思路；第4节给出仿真结果并加以分析；第5节总结全文。

2 混合控制原理

全桥LLC谐振变换器的主电路由全桥逆变网络、LLC谐振腔、变压器及副边整流滤波网络构成。原边全桥的四个开关管以固定或可变频率交替导通，在谐振腔输入端产生方波电压。谐振腔的增益特性决定了变换器的调压能力。

变频控制的工作原理基于LLC谐振腔的增益-频率曲线。当开关频率低于谐振频率时，谐振腔呈现升压特性；频率越低，增益越高。本文所建模型中，变频模式始终工作于欠谐振区域（fm<fs<frfm​<fs​<fr​），此时原边开关管可实现ZVS，副边整流管可实现ZCS，谐振电流波形近似正弦。

移相控制则保持开关频率恒定，通过调整两个桥臂驱动信号之间的相位差来改变谐振腔输入电压的等效占空比。移相角越大，方波电压的“零电平”区间越长，基波有效值越低，输出电压随之下降。移相模式下同样可以维持原边ZVS，但需满足励磁电流在死区时间内完成开关管寄生电容充放电的条件。

本文所建模型的模式切换逻辑简洁而明确：以输入电压VinVin​与给定参考值VrefVref​的大小关系作为判据。当Vin>VrefVin​>Vref​时，采用变频控制，变换器工作于欠谐振升压模式，将较高的输入电压“降下来”以匹配期望输出；当Vin<VrefVin​<Vref​时，采用定频移相控制，频率固定为120kHz，通过移相角调节谐振腔输入电压有效值，实现降压模式下的输出调节。

3 仿真模型搭建

3.1 总体架构

仿真模型采用电压单环控制结构，以输出电压采样值与给定值的偏差作为控制器的输入，控制器的输出决定当前应采用的调制模式及相应的控制量。模式选择逻辑为一个简单的比较器：输入电压采样值与VrefVref​比较，比较结果作为使能信号切换控制器输出通道。

这一架构的核心优势在于“分时复用”：同一个电压环在不同工况下输出不同性质的物理量——变频模式下输出频率指令，移相模式下输出移相角指令。模式切换瞬间控制量的连续性通过合理的初始化处理加以保证。

3.2 变频控制支路

变频支路的实现相对直接。电压环的输出经限幅后送入压控振荡器（VCO），VCO产生频率随控制电压变化的脉冲序列，驱动全桥的四个开关管。开关频率的调节范围设定在谐振频率以下，确保变换器始终工作于欠谐振区域。变频支路仅在Vin>VrefVin​>Vref​时使能，此时移相支路被封锁，移相角保持为零。

3.3 移相控制支路

移相支路的实现需要生成四路驱动信号，其中两个桥臂之间的相位差由控制量决定。仿真中通过比较器将控制电压与三角载波比较，产生两路互补的驱动信号；同一桥臂的上下管驱动信号带有死区时间，死区时间的设置需满足ZVS条件的要求。移相支路的开关频率固定为120kHz，不受电压环输出影响。该支路仅在Vin<VrefVin​<Vref​时使能。

3.4 模式切换处理

模式切换的瞬态过程是仿真中的关键环节。若切换瞬间控制量发生跳变，可能导致谐振腔电流冲击或输出电压波动。本文的仿真方法在切换点处对两个支路的控制量进行“预置”：变频支路的频率指令在切换前即被初始化为与移相支路固定频率相近的值，移相支路的控制量在切换前被预置为与当前变频工况下等效占空比相匹配的值。这种“软切换”策略有效抑制了模式过渡过程中的动态扰动。

4 仿真结果与分析

仿真在满载与轻载条件下分别进行。输入电压在宽范围内变化，以验证模式切换逻辑的有效性。

从关键波形可以观察到以下特征。当输入电压高于参考值时，变换器工作于变频模式，谐振腔电流呈现典型的欠谐振波形，在开关管关断前电流已反向，为ZVS创造了条件。开关管漏源电压在开通前已降至零，驱动信号到来时电流流过体二极管，实现了零电压开通。副边整流管电流在自然过零时关断，避免了反向恢复问题。

当输入电压低于参考值时，变换器切换至移相模式，开关频率稳定于120kHz。移相角的引入使得谐振腔输入电压的“零电平”区间出现，谐振电流的有效值随之调整。即使在较大的移相角下，通过合理设置励磁电感与死区时间参数，原边开关管仍能维持ZVS。

输出电压的跟踪性能良好。在模式切换点附近，输出电压仅有小幅暂态波动，随后迅速恢复至给定值。谐振腔波形在两种模式下均保持较好的正弦度，移相模式下虽有一定程度的畸变，但不影响软开关的实现。

从仿真效率角度，本模型未使用任何S函数或C语言自定义模块，完全基于标准Simulink模块搭建。仿真步长设置为自适应模式，在保证波形精度的前提下获得了较快的运行速度。与同类功能的复杂仿真模型相比，本模型在调试便利性和运行效率方面具有明显优势。

5 结论

本文构建了全桥LLC谐振变换器的PFM+PSM混合控制仿真模型，采用电压单环控制与基于输入电压判据的模式切换逻辑。仿真结果表明，该模型在宽输入范围内实现了变频与移相两种调制模式的自动切换，全范围ZVS得以维持，输出电压稳定跟踪给定值，谐振腔波形呈现典型欠谐振特征。

本文仿真方法的核心价值在于其“可复现性”与“可迁移性”。所采用的模块化搭建思路和简洁的控制架构，使得研究者可以快速理解并复现该模型，进而将其扩展至电压电流双闭环控制、多模式混合调制等更复杂的应用场景。后续工作可在此基础上进一步优化模式切换的平滑性，并探索将该仿真方法应用于其他谐振变换器拓扑的可行性。

📚第二部分——运行结果

全桥LLC混合控制仿真模型（PFM+PSM）

🎉第三部分——参考文献

文章中一些内容引自网络，会注明出处或引用为参考文献，难免有未尽之处，如有不妥，请随时联系删除。(文章内容仅供参考，具体效果以运行结果为准)

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