2 “Lookup Table”一维查表在LLC变换器中的应用（PSIM教程）

前言

由于实际因素的影响，功率变换器的输入输出电压往往是在一个范围内变化。在新能源应用中，这种现象尤为明显，比如太阳能发电的不稳定性、电池电压充放电的波动性等，这要求变换器能适应较宽的电压范围，而通常情况下，简单的仿真模型只对应单一输入参数，无法做到较宽的适应性，PSIM为输入输出电压宽范围工作提供了可能。这里将采用“Lookup Table”查表法实现宽电压工作范围变换器的仿真分析。

1、“Lookup Table”一维查表法

在PSIM中“Lookup Table”元件怎么找到？

方法：Elements→Other→Function Blocks→Lookup Table，一维查表元件如图1所示。

图1 “Lookup Table”元件

File Name：“One-dimensional lookup table”一维查表。

一维查表有两个数据数组：一个输入数组和一个输出数组。查表的输出根据输入数组和实际输入从输出数组中获取相对应的值。

查表的定义方法有两种，一是：直接在“Lookup Table”选项卡的对话框窗口中输入数据；二是：用文本编辑器在外部准备查找表，并在对话框窗口中定义文件。

在对话框窗口中直接输入数据，需要先定义行数，然后单击“Set”。在“输入”和“输出”列中输入值，并单击“Redraw”绘制输出与输入的关系图。

若在外部以文本文件的形式准备数据，用以下格式定义数据文件：

数据点可以用逗号或空格分隔，例如：

Vin(1) Vo(1)

Vin(2) Vo(2)

外部文本文件准备好，点击“Open File …”加载文件，如果文件在加载后被修改，则单击“Reload Data”，点击“Save as …”将数据保存到外部文件。

Note：外部文本文件可选择。当没有定义外部文本文件时，将使用内部数据。

若定义了外部文本文件，则外部文本文件优先，并将内部数据覆盖。需要注意的是，如果对话框窗口关闭，外部文件将在关闭对话框窗口时自动保存。此外，外部文本文件的副本被保存到原理图文件中。在原理图文件移动到另一台计算机并且外部文本文件不存在的情况下，PSIM将重新创建上次的文本文件。

查找的数据对应原则：输入数组Vin必须是单调递增。在两点之间，使用线性插值来获得输出。例如，若输入Vin大于Vin(k)但小于Vin(k+1)，则输出将等于：

如果输入小于Vin(1)或大于Vin(n)，则输出将钳位到Vo(1)或Vo(n)。

Note：查表可用于电源电路和控制电路。

示例：

2、一维查表法在LLC变换器中的应用

下面以PSIM中的“Examples”LLC谐振变换器为例，谈谈“Lookup Table”元件的使用方法。变换器模型如图2所示。关于LLC的原理在星球号中已详细讲述。

（a）功率模型

（b）控制模型

图2 LLC变换器模型

仿真参数：输入电压20～40V，输出电压420V/320W，谐振频率fs=200kHz

步长：1e-8s，时间：0.02s

当t=0.015s时，增加负载（由半载切换至满载）。

仿真模型中，电压源、谐振元件参数、变压器参数及控制环路参数均在“File”中进行定义，如图3所示。

图3 “File”参数文件配置

“Lookup Table”一维查表数据如图4所示，图中右侧为绘制的曲线。

图4 “Lookup Table”一维数组

从图4可以看出，当输入电压小于Vnom时，工作频率下降，增益增大，当输入电压大于Vnom时，工作频率上升，增益减小，通过以上方法实现宽输入电压范围输出电压的稳定，符合LLC变换器的增益特性。图2b中，Vnon=30V，Vdc为实际输入电压，当Vdc=20V时，仿真结果如图5所示；当Vdc=40V时，仿真结果如图6所示。

仿真结果：

（a）输出电压

（b）电流波形

（c）图（b）的放大波形

图5 Vin=20V时仿真波形

（a）输出电压

（b）电流波形

（c）图（b）的放大波形

图6 Vin=40V时仿真波形

从图5a和图6a可以看出，其他条件相同条件下，输入电压不同对用的输出电压输出结果不相同，当Vin=20V时，输出电压处于欠阻尼状态，经过一段时候后达到稳定输出420V，电压峰值为450V，由半载突变为满载时，再次达到稳定的过渡时间约为3ms；当Vin=40V时，输出电压处于过阻尼状态，经过一段时候后达到稳定输出450V，由半载突变为满载时，再次达到稳定的过渡时间小于3ms，最后稳态电压为420V；从图5c和图6c可以看出，不同输入电压条件下，电流波形不同，当Vin=20V时，变换器工作在下谐振区，开关频率小于谐振频率，增益大于1；当Vin=40V时，变换器工作在上谐振区，开关频率大于谐振频率，增益小于1。