Simulink 自动代码生成: 记录一次CLLC双向谐振变换器控制仿真到硬件实现过程

目录

CLLC拓扑介绍

控制原理

仿真和硬件实现

总结

---

CLLC拓扑介绍

双向谐振变换器主要应用在车载OBC系统，实现电能的正向和反向，也就是充电和放电。其结构完全对称。如下图:

只需要控制输入侧V1的大小就可以控制V2输出侧的大小，进而控制输出电压。

使用CLLC拓扑的优点：

实现ZVS和ZCS

电路结构简单，双向对称

可以实现Buck和Boost两种模式，且两种模式根据实际情况可以互相切换，比如PFC输入电压600V，经过CLLC后可以提升电压超过800V也可以低于600V，取决于外部充电电压和实际电压的需求。

另外一种典型的双向DC/DC变换器是boost全桥ZVS双向DC/DC，它可以从低压到高压进行升压转换，也可以从高压到低压进行降压转换，但是其开关电压应力非常大，需要增加吸收电路，造成效率的降低和电路复杂度增加。

这一个完全对称的结构，能量通过原边开关进行逆变，然后通过变压器传递到副边，并且起到电气隔离的作用，副边再进行整流，产生输出电压。由于变压器的匝比设计为1：1，所以反向的运行和正向运行完全一致。 

控制原理

这里变压器设计的匝比是1：1, 谐振频率200Khz。当原边和幅边占空比一样，输入电压就等于输出电压

CLLC Buck模式：

在副边占空比为100%时（这里的占空比指的是对管同时导通的有效占空比，是PWM占空比的一半），调节原边的占空比，相当于减小V1的宽度。达到降压的目的。这时候输入电压大于输出电压。

CLLC Boost模式：

原边占空比全开100%，副边从100%开始减小。

 8个开关管的开关时序如下

 理论增益如下

 

仿真和硬件实现

根据理论原理和发波时序构建模型

1是和硬件参数及拓扑一致的功率部分电路模型

2是生成代码部分的控制算法

3PWM发波时序发生模块

 仿真效果 如下，输入电压800V，给定输出电压750V和850V都能稳住

 Buck 模式的PWM波形

 在模型里完成仿真并生成代码在实际的硬件上验证：

硬件发波机制实现：

 

添加了缓启动，输入电压600V，目标输出电压650V也能很好的控制住

 

总结

通过仿真和实际的硬件验证了CLLC的Buck和Boost模式，工作正常，基本功能实现。但是还有很多需要优化的地方，在这里总结下。难点之一是硬件的发波，需要MCU的发波机制足够灵活才能更好的实现这种控制方式。