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电流控制模式的LLC闭环仿真模型

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发表于 2018-8-23 15:46 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

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理解电流控制模式的LLC和其闭环仿真模型    备注:本文是论文:Bang - Bang Charge Control for LLC Resonant Converters提出的控制思想学习和模仿。下文只是对其学习和理解的三言两语。  7 \7 p8 ^+ E* \: q. p/ Q) m
    该论文提出了一种将谐振电流引入控制环路的办法,通过实验证明了这种控制方法非常高效。
1 ~( h4 j' G- b6 O    根据论文的控制思想建立仿真模型:

5 L* H' f9 j$ [4 I; a 6 C! c5 ?' Q2 V7 @* H! O( t6 A/ g
   这种控制思路显然和普通的LLC控制不同,下图是参考L6599A通过反馈拉电流控制频率的方法完全不同,见下图是L6599A类的控制方法。! @" X2 j0 i% G( D) s. t3 r, c$ `
: w# [* q+ `; S& W1 z0 y+ H
  该模型将电流加入反馈的关键电路在这里:
$ X  {3 E$ `) G2 }7 ~7 L1 v 6 @, H8 K% A5 e3 C2 U/ T
  由误差放大器的输出Verr给定VCS电压的上限,由母线电压-误差放大器(Vin-Verr)的输出电压,给定了Vcs的下限。上图的E5和E6分别是检测母线电压和谐振电容上的电压,比例为0.01125。这个比例很重要,是决定了最低和最高的开关频率,和工作范围。
& `& H. d* H0 L2 s+ z4 i1 [1 b  从下图可以很容易看出这个电路是如何工作的。误差放大器给定上限,当VCS电压高于Verr后,比较发出高电平到触发器的R脚,用来关闭当前Q脚上的高电平。Vin-Verr给定Vcs的下限,当Vcs低于这个给定后,发出高电平的S到触发器,用来发出一个新的高电平的Q。开始一个新的周期,可见下图。
5 D8 s0 p& O7 R6 ~- r
1 C5 |$ C+ l2 p; O% i3 y! _( J6 p
  模型作用简单说明后,开始跑一个25ms的上电仿真。其上电过冲比电压模式小了很多很多。
) J- d/ }1 a8 f% u2 x+ n% j* P$ ~  最上侧 为输出电压
# C6 r4 I. L- R  r$ O$ K/ h  中间的谐振电流
# ]7 R  a( r$ k' ]  最下侧 电流控制波形,当然需要展开才能看到。囧   o(* ̄▽ ̄*)ブ
2 r  K+ K1 j* F- R6 v9 n" E
# Q6 o$ y7 y8 ^% R( u& k
  展开可以清晰看到,这个控制电路是如何工作的。此时工作电压稳定在53.5V,工作频率也基本在谐振频率上。4 E& ]% N$ Y$ X& t
: Y( a7 `! l7 G# u# h, W6 j' g5 y
  用谐振电流参与反馈,确实能较大的提升LLC的性能。特别是关于过流和母线电压瞬变时,这两个问题是LLC的难题。假设过流时谐振电容电压会快速升高,VCS很快高于Verr的给定,发出高电平的R复位信号,让触发器关闭当前周期。2 C4 j+ h0 G  D& f9 z' r
  这样可以非常快速的提升开关频率,达到逐个周期的功率限制作用。
  考虑母线电压瞬变时:
  母线电压被快速拉低,让SS引脚为高电平的给定为 (Vin -Verr )。Vin 大幅度下降,则 SS引脚为高的给定也被拉的更低。让VCS上的电压低于( Vin -Verr  )需要的时间更长,这样可以使在母线电压瞬变时,让当前周期的开通时间加长或减少,达到降低或提升频率,达到快速稳定输出的电压的目的。
  这个控制方式,将母线电压和谐振电流都引起控制环路,根据论文的说法是将功率级降低为一阶系统,可以大幅度的提高动态响应性能,大大提升系统的带宽。5 Q. j4 E7 g+ ]* H! {
  其实,仔细一想其过流保护和母线电压瞬变的工作,就能有所了解。将LLC的两个关键参数引入控制后,对LLC的性能提升确实很厉害。
  C( L. h* j+ f) |6 D( B9 T% N  d/ A
5 T, B, a4 |3 w& K' Y

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 楼主| 发表于 2018-8-23 15:48 | 只看该作者
再补充一个全桥LLC的 恒压恒流,均流的仿真。  l# ]4 m2 T. J+ U* X

* Z; ?+ J2 [5 N& ]) `上电:7 I& b. o3 ?: p' ~/ q

; u; I. B6 F5 n5 e稳态:# ^* q& ?0 h7 F' x5 ?( r! {

( f4 B( r( ], B4 w: U* x 3.pdf (100.01 KB, 下载次数: 3) ( k6 D5 |' e! T5 ^, [

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2#
 楼主| 发表于 2018-8-23 15:48 | 只看该作者
更新几个模型:
; G; d/ S1 M0 C% G, Z1、楼上的 LLC的电流控制模式仿真:
! x1 R! U, e- Y9 p% H ; u. q) U' ?: Y& q" s
* \/ A& b  y) a. \4 T  m
LLC_CM_CL_V1_0.zip (43.55 KB, 下载次数: 9) $ E2 P5 x8 ^; A' K/ l

' ]! O' G) _  D4 F: `. `2、全桥LLC 的闭环仿真。这个本来准备做恒流的仿真,大家有兴趣可以搭一下,玩一下看看。
3 u8 D: e6 g7 x
! u; R" s% i) E2 c2 b6 U, o, G2 ^, S) [8 U+ D
LLC_FB_CL_V1.zip (56.83 KB, 下载次数: 3)
8 K6 d& Q- X( s) R' y
  • TA的每日心情
    奋斗
    2022-5-5 15:01
  • 签到天数: 3 天

    [LV.2]偶尔看看I

    5#
    发表于 2022-4-28 09:10 | 只看该作者
    强强强强强强强强强强强强
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