交错并联全桥LLC电路的仿真验证

交错并联全桥LLC拓扑包含三个实现要素：

（1） LLC谐振电路，实现软开关；

（2） 原边交错控制，减小输出纹波电流；

（3） 共占空比控制的多个子模块之间输入串联/输出并联（ISOP）的连接方式；

实际此电路的均流，是依靠要素（3）实现，与要素（1）和（2）无关。

对于共占空比的ISOP连接方式，有如下三点：

（1） PFC侧提供能量给母线电容，并使DC-DC侧的总母线电压保持恒定；

（2） PFC侧只保证总母线电压的恒定，不对单独的子电路单元的母线电容两端电压进行控制；

（3） 对于串联的子单元模块，其负载所需的能量直接从各自的母线电容上获取；若其中一路子单元所取能量增大，该路对应的母线电容电压就会降低；

对ISOP拓扑进行简化。将谐振电路的开关网络/谐振腔/整流网络整合到一起，用电抗 来表示，并保留能量单向传输的特性，可初步简化至图17的示意图。

图17 简化的ISOP拓扑示意图

其中，Z1(f)和Z2(f)分别为LLC1和LLC2原边的等效电抗，其值与开关频率相关。根据该图，有：

（1） 总母线电压一定，有：u1+u2=constant；

（2） 输出电压和负载稳定，有：i1+i2=canstant。

设Z1(f)=Z2(f)。此时，若i1>i2，按照欧姆定律，则u1>u2；而从C1取的能量大于C2取的能量，又有u1

在Z1(f) ≠Z2(f)时，模块会有一定的不均流。同时由于上述的这种负反馈作用，使得不均流度有所收敛。

Z(f)包含的器件有：半导体器件/磁性器件/谐振电容。由于半导体器件工作在开关状态，在系统分析时，可以理解为理想器件。因此，先不考虑半导体器件的影响。这里主要关注的器件包括上下两路LLC的谐振电感/谐振电容/主变，也就是电路的谐振参数对模块不均流度的影响。另外，考虑母线电容容值偏差对不均流度的影响。

仿真验证

下面仿真验证该拓扑的不均流度情况。从示意图15可知，谐振参数差异越大，模块的不均流度越大。这里对比的情况包括：

（1） 励磁电感参数差异对不均流度的影响。这里考虑差异最大的情况，一路LLC的励磁电感正偏5%，一路LLC的励磁电感负偏5%；

（2） 谐振电感和谐振电容参数差异对不均流度的影响。这两个参数的总电抗为：

则，L越大，C越大，则电抗Z越大；L越小，C越小，则电抗Z越小。因此，考虑一路LLC的L和C均正偏至最大，另一路的L和C均负偏至最小；

（3） 将（1）和（2）汇总考虑，并考虑轻载和重载的情况；

（4） 考虑母线电容容值差异对不均流度的影响。考虑差异最大的情况，上路LLC的母线电容容值正偏20%，下路LLC的母线电容容值负偏20%；

仿真模型建立如图18。谐振参数差异情况如表3，仿真结果如表4。

图18 交错并联全桥LLC的仿真电路图

表3 仿真参数的差异情况

功率等级（kW）	谐振电容（容差）	谐振电感（容差）	励磁电感（容差）	主变匝比	母线电压	输出滤波电容	单路母线电容（容差）
25kW	330nF （±5%）	8uH （±6%）	80uH (±5%)	28:20	840V(输出290V) 790V（输出267.5V） 750V（输出240V）	220uF×12	330uF×4

表4 不均流度的仿真结果

序号	参数偏差情况	输出电压	输出功率	谐振电感电流的不均流度	母线电压差异
LLC1谐振参数	LL2谐振参数
1	不偏	不偏	267.5V	满载	0.013%	0.02V
2	仅励磁电感正偏	仅励磁电感负偏	290V	满载	0.19%	0.14V
267.5V	满载	0.23%	0.18V
240V	满载	0%	0V
3	仅谐振电感和谐振电容正偏	仅谐振电感和谐振电容负偏	290V	满载	0.88%	8.8V
267.5V	满载	0.42%	8.4V
240V	满载	0.64%	10.9V
4	谐振电感正偏，谐振电容负偏	谐振电感负偏，谐振电容正偏	290V	满载	0.34%	3.1V
267.5V	满载	0.21%	2.8V
240V	满载	0.18%	5.8V
5	全部正偏	全部负偏	290V	满载	0.86%	10.2V
半载	0.22%	13.2V
10%负载	0.6%	10.7V
267.5V	满载	1.35%	13V
半载	0.51%	12.7V
10%负载	0.29%	8.8V
240V 10%负载	满载	1.33%	11.8V
半载	0.13%	13.9V
10%负载	0.16%	5.3V
6	仅母线电容容值正偏20%	仅母线电容容值负偏20%	267.5V	满载	0.23%	0.036V

其中，ip1和ip2分别为LL1和LL2的原边电流有效值，ip为谐振参数一致时模块满载输出的LL1或LL2原边电流有效值。

仿真结果表明：

（1） 序号2表明，励磁电感的参数差异，对模块不均流度的影响很小；纯励磁电感的差异造成的不均流度最大为0.23%；

（2） 序号3和4对比表明，谐振电感和谐振电容造成的最大不均流度为0.88%；且是在两路LLC参数差异最大的情况下，不均流度最大；

（3） 从序号5可见，模块最大的不均流情况，发生在满载时；

（4） 在限定的谐振参数范围内，模块最大的不均流度为1.35%左右，对应的工况为267.5V/满载输出。

（5） 从序号6可见，母线电容容值的偏差，对不均流度影响很小；

综上，ISOP拓扑的均流效果好，满足使用要求。