前言：本文仿真模型基于SIMPLIS  8.0仿真環(huán)境。

之前推送的文章已經(jīng)講完了NCP1399，F(xiàn)AN7688，L6599這些電流和電壓模式LLC控制的仿真模型建立過(guò)程。

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1. VMC和CMC的LLC控制器仿真對(duì)比 第一節(jié)  NCP1399的數(shù)字振蕩器實(shí)現(xiàn)

2. VMC和CMC的LLC控制器仿真對(duì)比 第二節(jié)  NCP1399和L6599控制模型實(shí)現(xiàn)

3. VMC和CMC的LLC控制器仿真對(duì)比 第三節(jié)  FAN7688控制模型實(shí)現(xiàn)

下文將講述Ti推出的電流模式LLC控制器UCC25640x系列，這種原理Ti稱為Hybrid Hysteretic Control (混合滯回控制），是直接控制每個(gè)周期流入諧振電容的功率，進(jìn)而等同于直接控制輸出功率?？刂破鬏敵鯲TH和VTL兩個(gè)信號(hào)與諧振電容的取樣電壓進(jìn)行比較，諧振電容兩端的電壓表示了輸出功率和母線電壓的情況，所以可以被當(dāng)作是輸入電流控制。開關(guān)管驅(qū)動(dòng)在VTL~ VTH之間輸出高或低，進(jìn)而通過(guò)調(diào)整VTH和VTL之間的差值，可以控制驅(qū)動(dòng)導(dǎo)通時(shí)間長(zhǎng)度，實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)整的目的，可見下圖所示：

Hybrid Hysteretic Control 原理說(shuō)明：

UCC25640X使用了一種新穎的控制原理，即混合滯回控制（HHC），實(shí)現(xiàn)了同類中最好的負(fù)載和母線電壓瞬態(tài)性能。這種控制方法使得補(bǔ)償器更容易設(shè)計(jì)，也讓輕負(fù)載管理更容易和高效率。由于在LLC的控制原理上改善了負(fù)載和母線電壓瞬態(tài)性能，可以讓用戶減少輸母線和輸出電容，進(jìn)而降低成本和體積。

HHC控制是把傳統(tǒng)頻率控制和電荷控制（NCP1399）結(jié)合起來(lái)的方法。它是在電荷控制基礎(chǔ)上增加了頻率斜坡補(bǔ)償，比較傳統(tǒng)頻率控制方法。它把功率級(jí)傳遞函數(shù)由2階系統(tǒng)變?yōu)?階，所以它的補(bǔ)償器尤其容易設(shè)計(jì)。它的控制量直接與輸入電流相關(guān)，所以在同類中負(fù)載和輸入母線瞬態(tài)最優(yōu)。比較電荷控制方法，混合遲滯控制通過(guò)增加頻率斜率補(bǔ)償來(lái)避免不穩(wěn)定。頻率斜率補(bǔ)償有助于系統(tǒng)穩(wěn)定，也使得系統(tǒng)輸出阻抗更低。低輸出阻抗使得瞬態(tài)響應(yīng)性能優(yōu)于電荷控制。頻率補(bǔ)償還使得burst mode的soft-on and soft-off更容易實(shí)現(xiàn)，因?yàn)楦淖兛刂谱兞磕苤苯佑绊戦_關(guān)頻率?？傊瓾HC控制方法解決了如下幾個(gè)問(wèn)題：

1. 幫助LLC變換器實(shí)現(xiàn)同類最好的負(fù)載和母線電壓瞬態(tài)性能。

2. 將小信號(hào)傳遞函數(shù)改變?yōu)?階系統(tǒng)，容易設(shè)計(jì)補(bǔ)償器，也容易實(shí)現(xiàn)高帶寬。

3. 頻率補(bǔ)償有助于提升穩(wěn)定性。

4. Burst更容易控制，可以優(yōu)化輕負(fù)載效率。

5. Burst的soft-on and soft-off更容易實(shí)現(xiàn)，降低了可聞噪音。

下圖展示了HHC在UCC25640X的具體實(shí)現(xiàn)：需要一個(gè)電容分壓器和控制器內(nèi)部的兩個(gè)受控電流源。諧振電容的電壓被電容分壓后衰減，驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制兩個(gè)受控電流源。當(dāng)高端驅(qū)動(dòng)為H時(shí)，高端電流源會(huì)注入恒定電流到分入分壓電容器。當(dāng)?shù)投蓑?qū)動(dòng)為H時(shí)，低端電流源會(huì)從電容分壓器中拉出同樣大小的恒定電流。這兩個(gè)電流源對(duì)電容分壓器的電壓VCR上疊加了一個(gè)等腰三角斜坡。

在控制器內(nèi)部這兩個(gè)電流源都是由基準(zhǔn)電源AVDD提供，因此AVDD要大于或等于共模電壓VCM的兩倍。因?yàn)樵赩CR上疊加了三角斜坡電流，所以VCR的節(jié)點(diǎn)電壓是被兩個(gè)控制量的共同影響。如果頻率補(bǔ)償斜坡在VCR中占主要比例，則VCR的節(jié)點(diǎn)電壓看起來(lái)像三角波，此時(shí)等同于頻率控制（這里和FAN7688很像，在輕負(fù)載時(shí)諧振電流較低時(shí)讓系統(tǒng)工作在電壓控制模式）。 

如果諧振電容的電壓占主要比例，VCR的節(jié)點(diǎn)電壓看起來(lái)更像是實(shí)際的諧振電容電壓，此時(shí)控制上接近電荷控制。綜合上文，這就是為什么把控制方法稱之為“混合”和斜坡補(bǔ)償稱之為頻率補(bǔ)償?shù)脑颉?/p>

此種電路設(shè)置具有內(nèi)在的負(fù)反饋，可保持高低端的ON-TIME平衡，也保持了VCR的節(jié)點(diǎn)的共模電壓在VCM。這種新控制方法需要兩個(gè)信號(hào)輸入，分別是VCR和VCOMP。VCR是諧振電容的的電壓采樣和頻率補(bǔ)償?shù)寞B加，VCOMP是電壓環(huán)的補(bǔ)償器的輸出。下圖展示了高低端開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)是如何受到VCR和VCOMP控制的?；赩COMP和VCM(3V)，存在兩個(gè)閾值電壓VTH和VTL。

VCR的電壓與兩個(gè)閾值電壓比較，當(dāng)VCR > VTH，關(guān)斷高端驅(qū)動(dòng)；當(dāng)VCR < VTL，關(guān)閉低端開關(guān)，自適應(yīng)死區(qū)時(shí)間電路能控制HO和LO的開啟邊沿的延遲。到此，已經(jīng)把HHC的控制原理講清楚，下面開始搭建仿真模型。

諧振電容電壓采樣

同樣要對(duì)諧振電容采樣電路進(jìn)行一定的修改才能適用于全橋LLC變換器，這里我使用了壓控電壓源E1為諧振電容電壓采樣并做200倍衰減。由于全橋LLC諧振電容是以0V為中心點(diǎn)，所以就無(wú)需在半橋LLC上使用兩個(gè)電容分壓得到正負(fù)對(duì)稱的波形，在這里使用壓控電壓源直接搞定諧振電容電壓采樣，可見下圖所示。

頻率斜坡補(bǔ)償

按照文檔的要求，內(nèi)部電流源對(duì)外部的電容隨著驅(qū)動(dòng)波形進(jìn)行恒定的電流充電和放電，示意圖可見下圖：

我本來(lái)是準(zhǔn)備用門，比較器，開關(guān)來(lái)搭這個(gè)模型，但是仔細(xì)一想這個(gè)功能不和L6599的VCO一個(gè)道理嗎，只是換了一種說(shuō)法。L6599在驅(qū)動(dòng)開通時(shí)給外部電容充電，在驅(qū)動(dòng)關(guān)閉時(shí)給外部電容放電，簡(jiǎn)直和這里的應(yīng)用是一模一樣。只是在UCC25640X中，這個(gè)電流是固定的，是用來(lái)在輕負(fù)載工作的，所以設(shè)置VCO的三角波頻率要比正常工作頻率高一倍即可。這里直接把R11減少一倍，設(shè)置VCO頻率為170KHz。模型可見：

VCOMP和VHT和VLT兩個(gè)對(duì)稱的閾值電壓產(chǎn)生

在IC內(nèi)部是使用差分放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)VCOMP進(jìn)行正負(fù)操作，但是在仿真環(huán)境就無(wú)需這么麻煩，直接使用壓控電壓源E2，E3得到兩個(gè)正負(fù)對(duì)稱的閾值電壓：

PWM產(chǎn)生：

得到VHT和VLT，也得到了VCR后，進(jìn)行HHC控制所需的兩個(gè)信號(hào)已經(jīng)準(zhǔn)備就緒，下面就是把VCR和兩個(gè)閾值電壓進(jìn)行比較得到PWM信號(hào)即可。在UCC25640X中這里使用了兩個(gè)RS觸發(fā)器，因?yàn)樗{(diào)整死區(qū)時(shí)間，而我只需一個(gè)就可以實(shí)現(xiàn)PWM輸出功能。

當(dāng)VCR電壓低于VTL發(fā)出高電平到RS的置位，Q輸出高，用于開啟高端開關(guān)，此時(shí)QN為低。當(dāng)高端開關(guān)導(dǎo)通，諧振電流流入使得諧振電容的電壓由負(fù)變?yōu)檎?strong>而且當(dāng)VCR高于VTH時(shí)，比較器發(fā)出高到RS的復(fù)位，用于關(guān)閉高端開關(guān)，此時(shí)QN變高，開始負(fù)向周期。另外半個(gè)周期，RS觸發(fā)器和比較器的工作道理一致，不再累述。到此就搭建好了HHC的仿真模型，可見：

運(yùn)行結(jié)果：

控制電路：中間波形就是VTL，VCR，VTH，可以很明顯的看到兩個(gè)切割點(diǎn)和PWM開關(guān)邏輯。

功率運(yùn)行: 420V，6600W。

頻率控制到輸出的傳遞函數(shù)呈現(xiàn)一階特性，確實(shí)很容易控制。

小結(jié)：本文展示了HHC的仿真模型建模過(guò)程，經(jīng)測(cè)試能正常運(yùn)行。后面將分析四種控制器在頻域上性能對(duì)比，敬請(qǐng)期待，感謝。

參考文檔: UCC25640X 數(shù)據(jù)手冊(cè)，TI官網(wǎng)。

因?yàn)閭€(gè)人能力有限，如果上文中有錯(cuò)誤懇請(qǐng)?jiān)诠娞?hào)對(duì)話框留言幫忙指正，萬(wàn)分感謝。

小彩蛋：

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