《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于Saber器件庫的L6599芯片建模及仿真
2016年微型機與應(yīng)用第12期
李翔翔,孫愛鳴
(南京郵電大學(xué) 自動化學(xué)院,江蘇 南京 210023)
摘要: 在中高功率LED燈電源設(shè)計中,,后級電路常采用LLC拓撲結(jié)構(gòu),。L6599是STMicroelectronics(ST)公司的一款用于LLC諧振變換器的經(jīng)典控制器,目前很多半橋LLC產(chǎn)品中均采用此IC,。因此建立L6599芯片的器件庫模型,,對于研究以L6599為核心器件的LLC電路具有重要意義。通過Saber軟件建立了L6599芯片的器件庫模型,,實現(xiàn)了其基本功能和各種保護功能,。最后用建立的L6599芯片的器件庫模型進行半橋LLC諧振變換器的時域仿真,驗證了模型的有效性,,為縮短產(chǎn)品開發(fā)周期,,減少研發(fā)成本提供了可能。
Abstract:
Key words :

  李翔翔,孫愛鳴

  (南京郵電大學(xué) 自動化學(xué)院,,江蘇 南京 210023)

  摘要:在中高功率LED燈電源設(shè)計中,,后級電路常采用LLC拓撲結(jié)構(gòu)。L6599是STMicroelectronics(ST)公司的一款用于LLC諧振變換器的經(jīng)典控制器,,目前很多半橋LLC產(chǎn)品中均采用此IC,。因此建立L6599芯片的器件庫模型,對于研究以L6599為核心器件的LLC電路具有重要意義,。通過Saber軟件建立了L6599芯片的器件庫模型,,實現(xiàn)了其基本功能和各種保護功能。最后用建立的L6599芯片的器件庫模型進行半橋LLC諧振變換器的時域仿真,驗證了模型的有效性,,為縮短產(chǎn)品開發(fā)周期,,減少研發(fā)成本提供了可能。

  關(guān)鍵詞:L6599,; LLC諧振變換器,;器件庫建模;時域仿真

0引言

  在中高功率LED燈電源設(shè)計中,,常采用兩級電路[1],。第一級電路為PFC電路,將220 V交流電變?yōu)?00 V以上的直流電供第二級電路使用,,并使輸入電流跟蹤輸入電壓,,實現(xiàn)功率因數(shù)校正,提高電能的利用效率,,減少對電網(wǎng)的影響[2],。第二級電路為DCDC電路,在中大功率場合,,由于半橋LLC諧振電路具有元器件少,、結(jié)構(gòu)簡單、成本低,、效率高,、低EMI噪聲等優(yōu)點[34],因此第二級電路常采用半橋LLC諧振電路,。L6599是ST公司的一款用于LLC諧振變換器的經(jīng)典控制器,,目前很多半橋LLC產(chǎn)品中均采用此IC。而Saber仿真軟件[5]是當(dāng)今世界上功能強大的電子仿真軟件之一,,它具有很大的通用模型庫,,其元件模型庫中有4 700多種帶具體型號的器件模型,500多種通用模型[6],,特別適用于開關(guān)電源的仿真。因此在Saber軟件中對L6599芯片進行器件庫建模,,并通過建立的模型進行仿真,,了解其基本特性,可以方便后續(xù)的產(chǎn)品開發(fā),,為縮短開發(fā)周期,,減少研發(fā)成本打下基礎(chǔ)。

1L6599芯片的建模

  1.1基本功能的建模及測試

  根據(jù)L6599數(shù)據(jù)手冊[7]提供的關(guān)于振蕩器的相關(guān)參數(shù)及模型圖可知L6599振蕩器的工作原理如下[8]:IC工作后,,4腳(RFmin腳)上產(chǎn)生2 V的基準(zhǔn)電壓,,此電壓通過電阻RFmin產(chǎn)生一定的電流Ir,Ir通過電流鏡給電容CF充電,。當(dāng)電容CF上的電壓高于3.9 V時,,RS觸發(fā)器輸出低,,電流鏡工作,促使電容CF放電,;當(dāng)電容CF上的電壓低于0.9 V時,,RS觸發(fā)器輸出高,電流鏡關(guān)斷,,電容CF開始充電,,進入下一周期的循環(huán)。根據(jù)以上分析,,建立了如圖1所示電路模型,。

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  其中理想二極管用來在開關(guān)斷開時為流控電流源提供電流通路。設(shè)置仿真參數(shù)為RFmin=4.7 kΩ,,CF=330 pF,,得到仿真波形圖如圖2所示。

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  測得頻率為freq=214 830 Hz,,與根據(jù)數(shù)據(jù)手冊計算出來的結(jié)果f=13×CF×RFmin=214 915 Hz相一致,。

  另外,RS鎖存器輸出的兩個信號即為占空比各為50%圖1基本功能的電路模型圖圖2振蕩器的波形圖

  的數(shù)字電平信號,,此信號可作為IC驅(qū)動輸出HVG和LVG的驅(qū)動信號,,在其間插入buffer緩沖器,并對其進行相應(yīng)設(shè)置,,可得到如圖3所示的仿真波形,。

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  由圖3可知,在振蕩器的三角波上升時,,低端門極驅(qū)動打開,,在振蕩器的三角波下降時,高端門極驅(qū)動打開,,且死區(qū)時間為 0.3 μs,,與數(shù)據(jù)手冊給出的數(shù)據(jù)相一致,說明了模型的正確性,。

  1.2STBY引腳的建模

  STBY引腳用于間歇工作模式,,由數(shù)據(jù)手冊可知,當(dāng)5腳(STBY腳)低于1.25 V時,,IC進入burst mode工作模式,,驅(qū)動無輸出,振蕩器關(guān)斷,;當(dāng)該引腳電壓高于1.25 V后,,IC恢復(fù)正常。因此通過一個電壓比較器,即可實現(xiàn)間歇工作模式的建模,,模型如圖4所示,。

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  1.3ISEN引腳、Css引腳和DELAY引腳功能的建模

  ISEN引腳用于過流保護,,Css引腳用于軟啟動,,DELAY引腳用于延遲關(guān)斷。由于這三個引腳的內(nèi)部邏輯電路是相互影響的,,因此需一起考慮對這三個引腳的功能建模,。通過深入閱讀與這三個引腳相關(guān)的數(shù)據(jù)手冊的內(nèi)容,可總結(jié)如下,。ISEN引腳內(nèi)部連接了兩個比較器,,過載電流發(fā)生時,有兩種情況:(1)當(dāng)ISEN引腳上的電壓高于0.8 V時,,第一個比較器觸發(fā),,軟啟動電容Css放電,放電速度由開關(guān)的導(dǎo)通電阻決定,,此時導(dǎo)通電阻為120 Ω,。同時打開了一個內(nèi)部電流源,產(chǎn)生150 μA的電流對DELAY引腳進行充電,。當(dāng)DELAY引腳上的電位達到2 V時,,無論OCP比較器的輸出是什么,都對軟啟動電容Css進行快速放電,,拉低PFC_STOP引腳電平,,而150 μA的恒流源繼續(xù)給DELAY引腳充電,DELAY引腳上的電壓繼續(xù)上升,。當(dāng)DELAY引腳上的電壓達到3.5 V時,,IC關(guān)閉,PFC_STOP引腳拉低,,且內(nèi)部電流源關(guān)閉,。DELAY引腳通過外部電阻緩慢放電。當(dāng)其上的電壓小于0.3 V時,,IC將重新開始工作,。(2)當(dāng)ISEN引腳上的電壓高于1.5 V時,第二個比較器觸發(fā),,IC關(guān)閉,兩門極驅(qū)動關(guān)閉,,PFC_STOP引腳拉低,,關(guān)閉整個電路。根據(jù)以上總結(jié)的內(nèi)容,建立了如圖5所示模型,。

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  1.4DIS引腳的建模

  DIS引腳用于過溫保護或者過壓保護,。DIS引腳內(nèi)部連接一個比較器的正向輸入端,比較器的反相輸入端接內(nèi)部參考電壓源,。當(dāng)DIS引腳上的電壓高于1.85 V時,,IC立即關(guān)閉。當(dāng)Vcc引腳上的電壓小于UVLO時,,復(fù)位鎖存器,,重啟IC。因此建立了圖6所示模型,。

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  1.5LINE引腳的建模

  LINE引腳用于線電壓檢測,,可以用來設(shè)置線電壓的上下門限。LINE引腳內(nèi)接一個比較器的正向輸入端,。當(dāng)LINE引腳上的電壓高于1.25 V時,,內(nèi)部15 μA的電流源導(dǎo)通,門極驅(qū)動輸出正常,。當(dāng)LINE引腳上的電壓低于1.25 V,,內(nèi)部15 μA電流源斷開,對軟啟動電容Css進行圖5ISEN,、Css和DELAY引腳的電路模型圖放電,,關(guān)閉IC,關(guān)閉門極驅(qū)動信號,。根據(jù)以上分析建立圖7所示模型,。

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  1.6PFC_STOP引腳的建模

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  PFC_STOP引腳用于控制PFC級電路。該引腳通常開路,,只有當(dāng)DIS>1.85 V,、ISEN>1.5 V、LINE>7 V,、STBY<1.25 V或DELAY>2 V時,,該引腳被拉低,關(guān)閉PFC級電路,。上文建立的與PFC_STOP引腳相關(guān)的模塊電路的對應(yīng)輸出均為低電平,,因此建立圖8所示的模型。

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  1.7Vcc引腳的建模

  Vcc引腳用于芯片供電,,具有欠壓保護功能,。由數(shù)據(jù)手冊可知,IC的開啟門限電壓為10.7 V,,關(guān)閉門限電壓為8.15 V,,因此通過兩個比較器和一個RS觸發(fā)器構(gòu)成UVLO滯環(huán),,RS觸發(fā)器的輸出q信號用作IC的使能信號。根據(jù)上述分析建立圖9所示模型,。

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2基于L6599芯片的半橋諧振電路的仿真

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  根據(jù)上文建立的各引腳的電路模型,,可以建立L6599芯片的器件庫模型。使用建立的L6599芯片器件庫模型,,搭建了如圖10所示的LLC半橋諧振電路,。因為設(shè)計的是LED電源,因此采用恒流輸出,。電路參數(shù)為:勵磁電感Lm=750 μH,,諧振電感Lr=100 μH,諧振電容Cr=15 nF,,負載RL=20 Ω,采樣電阻RC=50 mΩ,變壓器匝比為37∶11∶11,,得到的輸出電流波形如圖11所示,輸出電流為3 A。

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3結(jié)論

  本文成功地在仿真軟件Saber上建立了L6599芯片的器件庫模型,,該模型詳盡地模擬了L6599芯片各主要引腳的功能特性,。

  通過該模型可以實現(xiàn)門極驅(qū)動、間歇工作,、過流保護,、軟啟動、延遲關(guān)斷,、過溫保護,、線電壓檢測等功能,完全可以滿足以L6599為核心器件的LLC電路研究。本文應(yīng)用建立的L6599芯片的模型進行半橋諧振電路的仿真,,運行結(jié)果和波形驗證了模型的有效性,,為縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、減少研發(fā)成本提供了可能,。

參考文獻

 ?。?] 關(guān)永偉. 帶PFC預(yù)調(diào)節(jié)器的LLC諧振電源的研究[D].秦皇島:燕山大學(xué),2009.

 ?。?] 杜海賓.功率因數(shù)校正技術(shù)的研究[D].沈陽:東北大學(xué),,2010.

  [3] 胡先東.基于半橋LLC諧振變換器的LED驅(qū)動電源的設(shè)計[D].合肥:安徽大學(xué),,2013.[4] 張華北,,王直杰.基于Saber仿真的改進型半橋LLC變換器閉環(huán)電路設(shè)計[J].微型機與應(yīng)用,2015,34(20):2830,35.

  [5] Analogy Inc. Saber designer intro ductory course[Z].1997.

 ?。?] 丁強,,何湘寧,孔劍虹.功率逆變橋閉環(huán)控制系統(tǒng)的Saber仿真與分析[J].電力電子技術(shù),2000(1):4648.

 ?。?] STMicroelectronics. Highvoltage resonant controller L6599[Z]. 2005.

 ?。?] Andy.L6599 LLC控制IC Saber建模Ⅱ基本功能建模[EB/OL].(20120509)[20150117]http://www.dianyuan.com/bbs/890476.html.


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