2015电源设计研讨会: LLC 变换器小信号模型分析 (2)

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