2015电源设计研讨会: LLC 变换器小信号模型分析 (2)

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图上显示的是 LLC 小信号模型两种情况第一个是模型的特性和仿真结果的对比右侧的是模型的特性和实际测试的结果对比在左侧图上红线是模型的特性曲线蓝色的点是对应的仿真模型的结果那么我们可以看到模型和仿真的结果是非常的吻合右侧是模型和实际在实验室测试得到的结果从图上的幅频特性和相频特性来看模型和实际的测试结果测量数据基本上是吻合的那么在信号模型建立之后接下来一个非常重要的目标就是对被控的对象或者说是模型或者说是模型怎么样进行补偿得到一个稳定的系统得到一个稳定的系统得到一个比较好的闭环指标达到我们所期望的动态响应特性和抗干扰能力以一个实际的系统为例那么我们对一个四阶的 LLC 系统进行降阶处理得到一个类似二阶的双极点系统以一个二阶的系统来近似或者说是拟合我们对应 LLC 小信号模型从图上我们可以看到开环增益是85dB Q 值是1.35 对应的极点位置是4k 那么要构成稳定的变换系统需要确保相位裕量大于45° 幅值裕量大于10个dB 首先我们考虑用一个比较简单的单极点双零点系统来对 LLC 做补偿那么我们选择相应的零点位置是4k 补偿网络的传递函数和波特图如图上所示最后我们可以得到整个的闭环系统的特性在图上的绿色曲线表示的就是闭环特性那么我们可以看到最终得到的相位裕量是95° 幅值裕量十个dB 对应的穿越频率是3kHz 对补偿网络进行进一步提升之后我们可以看到抗干扰能力会得到进一步的增强在给变换器进行控制回路补偿或者说是在进行设计的时候那我们需要考虑的另外一个非常重要的地方就是在不同的工作条件下不同的输入电压不同的负载情况下因为我们的系统是不是稳定的我们的补偿，我们的控制是不是有效的从图上我们可以看出在输入电压370V到400V 负载从0.4Ω到1.4Ω 在变化的时候那么整个的小信号模型基本上是在一个比较小的范围内的图上显示的是在两个负载条件下在输入电压变化的时候那么 LLC 的模型它的变化范围是比较宽的我们可以看到在0.4Ω的时候那么它的增益会从八十几个dB 一直到90多个dB 相应的相位特性也是在变化的那么从图上我们可以看到在不同的输入电压和输出负载条件下 LLC 的小信号模型它的变化范围是非常广的对于控制回路的补偿补偿控制器的设计都是非常大的一个挑战那么 TI 提供了相应的补偿工具软件针对 UCD3138 数字控制器那么我们对于 LLC 的拓扑提供了 GUI 界面在界面里面输入相应的 LLC 的常数和控制的期望的目标，那么就可以自动生成相应的零极点位置可以得到你期望的控制特性和闭环特性同时会有一些比较简单的仿真结果对应各个点的工作电压电流波形通过使用软件我们就可以对比较复杂的 LLC 小信号模型的补偿控制进行简化得到一个比较好的控制特性和输出特性就目前的小信号模型来说还有一些缺点不支持 PWM 模式或者说是移相的 LLC 工作模式模型的准确度还有待进一步的提高那么随着未来工作的进一步开展我们会提供更好的更加准确的工具和模型给大家那么这个 topic 我们给大家提供了一个 LLC 小信号建模的思路和 DC 不同工作点不同的输入电压范围的一些分析相应的一些补偿控制的一些比较，针对 LLC 的3138数字控制器那么TI提供了非常好的图形用户界面可以非常方便的简单的对 LLC 的控制控制环路的补偿做处理得到比较满意的闭环输出系统 TI 对于 LLC 的小信号模型未来会进行更进一步的深入研究提供更好的输出阻抗特性更好的动态特性增加对 PWM 调制方式和移相 LLC 的控制方式支持提供更好的工具和工作模式给大家进一步提升 UCD3138 LLC 数字电源的特性指标和相应的准确度减少在实际产品设计过程当中对 LLC 环路补偿的工作量和工作时间

课程介绍共计2课时，23分34秒

2015电源设计研讨会: LLC 变换器小信号模型分析

变换器电源设计研讨会 AC_DC LLC 小信号模型研讨会

电源的控制环路建模对于有效优化电源稳定性要求，以及符合主要线路和负载瞬态性能标准是必不可少的。虽然这一点是显而易见的，而同样明显的是设计人员的工具箱中缺少针对LLC谐振转换器的实用小信号模型。由于对效率的要求越来越严格，这种重要设计过程工具的缺失会带来更加严重的后果。在某些情况下，电源的总体效率必须为96%，而同时又必须保持高功率因子和低总谐波失真。诸如此类的要求，对dc-dc级施加了很大的压力，需要提供的效率超过96%。由于能够实现这些高效率，谐振LLC转换器正在快速成为符合这些要求所选择的解决方案。不幸的是，由于缺少用户友好小信号模型，使得对这一拓扑的使用变得很困难。这一主题将为电源设计人员提供针对LLC转换器的小信号模型，以及一个能够在大范围运行条件下应用此模型的实用工具集。此外，这个建模工具为设计人员提供大量的时域集合，以及频谱分析输出，这些输出在帮助设计人员理解设计的终端性能特性方面十分有用。这个模型和相关工具是对电源设计人员工具箱的有力补充，从而可实现重大的设计辅助，以及对LLC转换器控制环路有更加深入的了解。

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