李翔翔,孫愛鳴

　　(南京郵電大學 自動化學院，江蘇 南京 210023)

　　摘要：在中高功率LED燈電源設計中，后級電路常采用LLC拓撲結構。L6599是STMicroelectronics（ST）公司的一款用于LLC諧振變換器的經典控制器，目前很多半橋LLC產品中均采用此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，為縮短產品開發(fā)周期，減少研發(fā)成本提供了可能。

　　關鍵詞：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，實現功率因數校正，提高電能的利用效率，減少對電網的影響［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、結構簡單、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諧振變換器的經典控制器，目前很多半橋LLC產品中均采用此IC。而Saber仿真軟件［5］是當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)的產品開發(fā)，為縮短開發(fā)周期，減少研發(fā)成本打下基礎。

1L6599芯片的建模

　　1.1基本功能的建模及測試

　　根據L6599數據手冊［7］提供的關于振蕩器的相關參數及模型圖可知L6599振蕩器的工作原理如下［8］：IC工作后，4腳（RFmin腳）上產生2 V的基準電壓，此電壓通過電阻RFmin產生一定的電流Ir，Ir通過電流鏡給電容CF充電。當電容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，電流鏡關斷，電容CF開始充電，進入下一周期的循環(huán)。根據以上分析，建立了如圖1所示電路模型。

　　其中理想二極管用來在開關斷開時為流控電流源提供電流通路。設置仿真參數為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，與根據數據手冊計算出來的結果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

　　的數字電平信號，此信號可作為IC驅動輸出HVG和LVG的驅動信號，在其間插入buffer緩沖器，并對其進行相應設置，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，低端門極驅動打開，在振蕩器的三角波下降時，高端門極驅動打開，且死區(qū)時間為 0.3 μs，與數據手冊給出的數據相一致，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，由數據手冊可知，當5腳（STBY腳）低于1.25 V時，IC進入burst mode工作模式，驅動無輸出，振蕩器關斷；當該引腳電壓高于1.25 V后，IC恢復正常。因此通過一個電壓比較器，即可實現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，Css引腳用于軟啟動，DELAY引腳用于延遲關斷。由于這三個引腳的內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的數據手冊的內容，可總結如下。ISEN引腳內部連接了兩個比較器，過載電流發(fā)生時，有兩種情況：（1）當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，放電速度由開關的導通電阻決定，此時導通電阻為120 Ω。同時打開了一個內部電流源，產生150 μA的電流對DELAY引腳進行充電。當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DELAY引腳上的電壓達到3.5 V時，IC關閉，PFC_STOP引腳拉低，且內部電流源關閉。DELAY引腳通過外部電阻緩慢放電。當其上的電壓小于0.3 V時，IC將重新開始工作。（2）當ISEN引腳上的電壓高于1.5 V時，第二個比較器觸發(fā)，IC關閉，兩門極驅動關閉，PFC_STOP引腳拉低，關閉整個電路。根據以上總結的內容，建立了如圖5所示模型。

　　1.4DIS引腳的建模

　　DIS引腳用于過溫保護或者過壓保護。DIS引腳內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部參考電壓源。當DIS引腳上的電壓高于1.85 V時，IC立即關閉。當Vcc引腳上的電壓小于UVLO時，復位鎖存器，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，可以用來設置線電壓的上下門限。LINE引腳內接一個比較器的正向輸入端。當LINE引腳上的電壓高于1.25 V時，內部15 μA的電流源導通，門極驅動輸出正常。當LINE引腳上的電壓低于1.25 V，內部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，關閉IC，關閉門極驅動信號。根據以上分析建立圖7所示模型。

　　1.6PFC_STOP引腳的建模

　　PFC_STOP引腳用于控制PFC級電路。該引腳通常開路，只有當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，關閉PFC級電路。上文建立的與PFC_STOP引腳相關的模塊電路的對應輸出均為低電平，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，具有欠壓保護功能。由數據手冊可知，IC的開啟門限電壓為10.7 V，關閉門限電壓為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。因為設計的是LED電源，因此采用恒流輸出。電路參數為：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。

3結論

　　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門極驅動、間歇工作、過流保護、軟啟動、延遲關斷、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。本文應用建立的L6599芯片的模型進行半橋諧振電路的仿真，運行結果和波形驗證了模型的有效性，為縮短產品開發(fā)周期、減少研發(fā)成本提供了可能。

參考文獻

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