数字控制式LLC谐振变换器建模分析与验证

2 仿真与实验结果

　　通过以上分析，得到了相应的PID补偿器，本节以电流闭环为例给出了相应的仿真结果。

2.1 仿真结果

　　图8所示分别为变换器恒流输出模式下负载突卸、突加的仿真波形。

　　从仿真波形上可以看出，电流环跟踪性能良好，能够按照指定准确输出，并且动态过程没有过大的冲击，表明本文所设计的环路具有良好的稳态和动态性能。

2.2 实验结果

　　按照实际系统结构，搭建实验平台，平台包括电源侧、变换器侧以及负载侧，其中电源采用单相调压器进行模拟，调压器额定频率50Hz工频，交流输入220V，输出电压可调范围为0~250V;变换器为由LLC谐波变换器、EMI滤波器、控制芯片等构成的控制平台，其中半桥LLC谐波变换器功率变压器采用EE55磁芯，原副边绕线匝数分别为6、3，变比为2;负载侧由电子负载模拟蓄电池，设备可以作为恒压负载或恒流负载使用，从而模拟蓄电池的恒压充电以及恒流充电特性。

　　图9为变换器运行于恒流模式，指定输出30A、10A的稳态实验波形以及负载突加、突降时的动态响应实验波形，用以验证本文所设计的数字PID控制器的闭环控制性能。

　　从图9可以看出，本文所设计的变换器能够按照指定电流进行输出，且稳态性能良好，针对蓄电池负载，变换器可以实时地根据负载情况进行动态跟踪，达到蓄电池充电的目的。

　　从实验波形上可以看出，实验结果与仿真结果具有较好的一致性，验证了环路的稳态跟踪性能以及动态响应特性。

3 结论

　　通过扩展函数描述法得到数学模型，给谐振型变换器的建模提供了理论支撑;再通过离散化，在z域验证数字控制式系统的稳定性，证实了数字控制延时等对系统稳定性的影响，最后，根据仿真和实验结果可以看出，本文所设计的系统环路具有良好的稳态跟踪性能和动态响应特性。在此基础上，可以展开进一步研究，寻求除降低系统带宽外更准确的适用于数字控制的环路设计方案，综上所述，本文具有较高的研究和参考价值。

参考文献：

　　[1]石艳敏. 电动汽车车载智能充电器的研究[D]. 南京：南京理工大学. 2011

　　[2]Bo Yang.Topology Investigation for Front End DC-DC Power Conversion for Distributed Power System.Virginia Polytechnic Institute and State University.2003

　　[3]徐建明. PID控制器及其设计方法研究[D].浙江：浙江工业大学. 2002

　　[4]Simone Buso, Paolo Mattavelli. Digital Control in Power Electronics. 2006

　　[5]肖献保,冯根生.铅酸蓄电池快速充电技术研究[J].重庆科技学院学报自然科学版，2010,12(4):134-135

　　[6]周震宇, 张军明, 钱照明. 基于PIC单片机的数字式智能铅酸电池充电器的设计[J]. 电源技术应用，2006,9:18-21

　　[7]张治国, 谢运祥.LCC谐振变换器的电路特性分析[J].电工技术学报，2013,28(4):50-56

　　[8]Yanyan Jin,Jianping Xu,Guohua Zhou,etal. Small Signal Modeling of Digital V2 Control for Buck Converter with Pulse Frequency Modulation[J]. IEEE,2010,2(12):102-105

　　[9]Agasthya Ayachit,Dakshina Murthy-Bellur.Steady-State Analysis of Series Resonant Converter Using Extended Describing Function Method[J]. IEEE,2012,12:1160-1163

　　[10]Yongsuk Choi, Heungjun Jeon, Yong-Bin Kim. A Switched-Capacitor DC-DC Converter Using Delta-Sigma Digital Pulse Frequency Modulation Control Method[J]. IEEE,2013,66(8):356-359