李翔翔,孫愛鳴

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

　　摘要：在中高功率LED燈電源設(shè)計(jì)中，后級(jí)電路常采用LLC拓?fù)浣Y(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(duì)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(shí)現(xiàn)了其基本功能和各種保護(hù)功能,。最后用建立的L6599芯片的器件庫模型進(jìn)行半橋LLC諧振變換器的時(shí)域仿真,，驗(yàn)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(shí)域仿真

0引言

　　在中高功率LED燈電源設(shè)計(jì)中，常采用兩級(jí)電路［1］,。第一級(jí)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(jí)電路使用，并使輸入電流跟蹤輸入電壓,，實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正,，提高電能的利用效率,，減少對(duì)電網(wǎng)的影響［2］。第二級(jí)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(diǎn)［34］,，因此第二級(jí)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(qiáng)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(hào)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(duì)L6599芯片進(jìn)行器件庫建模,，并通過建立的模型進(jìn)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(cè)［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(shí)，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(shí),，RS觸發(fā)器輸出高,，電流鏡關(guān)斷，電容CF開始充電,，進(jìn)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,。

　　其中理想二極管用來在開關(guān)斷開時(shí)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,。

　　測得頻率為freq=214 830 Hz,，與根據(jù)數(shù)據(jù)手冊(cè)計(jì)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(gè)信號(hào)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(hào),，此信號(hào)可作為IC驅(qū)動(dòng)輸出HVG和LVG的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，在其間插入buffer緩沖器,，并對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置,，可得到如圖3所示的仿真波形。

　　由圖3可知,，在振蕩器的三角波上升時(shí),，低端門極驅(qū)動(dòng)打開，在振蕩器的三角波下降時(shí),，高端門極驅(qū)動(dòng)打開,，且死區(qū)時(shí)間為 0.3 μs，與數(shù)據(jù)手冊(cè)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(cè)可知,，當(dāng)5腳（STBY腳）低于1.25 V時(shí),，IC進(jìn)入burst mode工作模式，驅(qū)動(dòng)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(gè)電壓比較器,，即可實(shí)現(xiàn)間歇工作模式的建模，模型如圖4所示,。

　　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(hù)，Css引腳用于軟啟動(dòng),，DELAY引腳用于延遲關(guān)斷,。由于這三個(gè)引腳的內(nèi)部邏輯電路是相互影響的，因此需一起考慮對(duì)這三個(gè)引腳的功能建模,。通過深入閱讀與這三個(gè)引腳相關(guān)的數(shù)據(jù)手冊(cè)的內(nèi)容,，可總結(jié)如下。ISEN引腳內(nèi)部連接了兩個(gè)比較器，過載電流發(fā)生時(shí),，有兩種情況：（1）當(dāng)ISEN引腳上的電壓高于0.8 V時(shí),，第一個(gè)比較器觸發(fā)，軟啟動(dòng)電容Css放電,，放電速度由開關(guān)的導(dǎo)通電阻決定,，此時(shí)導(dǎo)通電阻為120 Ω。同時(shí)打開了一個(gè)內(nèi)部電流源,，產(chǎn)生150 μA的電流對(duì)DELAY引腳進(jìn)行充電,。當(dāng)DELAY引腳上的電位達(dá)到2 V時(shí)，無論OCP比較器的輸出是什么,，都對(duì)軟啟動(dòng)電容Css進(jìn)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(dá)到3.5 V時(shí)，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(shí),，IC將重新開始工作。（2）當(dāng)ISEN引腳上的電壓高于1.5 V時(shí),，第二個(gè)比較器觸發(fā)，IC關(guān)閉,，兩門極驅(qū)動(dòng)關(guān)閉,，PFC_STOP引腳拉低，關(guān)閉整個(gè)電路,。根據(jù)以上總結(jié)的內(nèi)容,，建立了如圖5所示模型。

　　1.4DIS引腳的建模

　　DIS引腳用于過溫保護(hù)或者過壓保護(hù),。DIS引腳內(nèi)部連接一個(gè)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(shí),，IC立即關(guān)閉,。當(dāng)Vcc引腳上的電壓小于UVLO時(shí)，復(fù)位鎖存器,，重啟IC,。因此建立了圖6所示模型。

　　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(gè)比較器的正向輸入端,。當(dāng)LINE引腳上的電壓高于1.25 V時(shí)，內(nèi)部15 μA的電流源導(dǎo)通,，門極驅(qū)動(dòng)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(duì)軟啟動(dòng)電容Css進(jìn)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(dòng)信號(hào),。根據(jù)以上分析建立圖7所示模型。

　　1.6PFC_STOP引腳的建模

　　PFC_STOP引腳用于控制PFC級(jí)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(shí)，該引腳被拉低,，關(guān)閉PFC級(jí)電路,。上文建立的與PFC_STOP引腳相關(guān)的模塊電路的對(duì)應(yīng)輸出均為低電平，因此建立圖8所示的模型,。

　　1.7Vcc引腳的建模

　　Vcc引腳用于芯片供電,，具有欠壓保護(hù)功能。由數(shù)據(jù)手冊(cè)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(gè)比較器和一個(gè)RS觸發(fā)器構(gòu)成UVLO滯環(huán),，RS觸發(fā)器的輸出q信號(hào)用作IC的使能信號(hào),。根據(jù)上述分析建立圖9所示模型。

2基于L6599芯片的半橋諧振電路的仿真

　　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?yàn)樵O(shè)計(jì)的是LED電源,，因此采用恒流輸出。電路參數(shù)為：勵(lì)磁電感Lm=750 μH,，諧振電感Lr=100 μH,，諧振電容Cr=15 nF,，負(fù)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,。

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(shí)現(xiàn)門極驅(qū)動(dòng),、間歇工作,、過流保護(hù)、軟啟動(dòng),、延遲關(guān)斷,、過溫保護(hù)、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(jìn)行半橋諧振電路的仿真,，運(yùn)行結(jié)果和波形驗(yàn)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,。

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