基于Saber器件庫的L6599芯片建模及仿真

李翔翔,孫愛鳴

(南京郵電大學 自動化學院，江蘇 南京 210023)

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基于Saber器件庫的L6599芯片建模及仿真

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，為縮短產品開發周期，減少研發成本提供了可能。

關鍵詞：L6599； LLC諧振變換器；器件庫建模；時域仿真

引用格式：李翔翔,孫愛鳴. 基于Saber器件庫的L6599芯片建模及仿真[J].微型機與應用，2016,35(12)：35-38.

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交流電變為400 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，可以方便后續的產品開發，為縮短開發周期，減少研發成本打下基礎。

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。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。

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。

圖4　 STBY引腳的電路模型圖

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，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的恒流源繼續給DELAY引腳充電，DELAY引腳上的電壓繼續上升。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，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。

圖5　ISEN、Css和DELAY引腳的電路模型圖

圖6　 DIS引腳的電路模型圖

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觸發器構成UVLO滯環，RS觸發器的輸出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。

圖7　 LINE引腳的電路模型圖

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。

圖8　PFC_STOP引腳的電路模型圖

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。

圖9　 Vcc引腳的電路模型圖

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，為縮短產品開發周期、減少研發成本提供了可能。

參考文獻

[1] 關永偉. 帶PFC預調節器的LLC諧振電源的研究[D].秦皇島：燕山大學，2009.

圖10　 LLC半橋諧振電路圖

圖11　輸出電流波形圖

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[3] 胡先東.基于半橋LLC諧振變換器的LED驅動電源的設計[D].合肥：安徽大學，2013.

[4] 張華北，王直杰.基于Saber仿真的改進型半橋LLC變換器閉環電路設計[J].微型機與應用,2015,34(20):28-30,35.

[5] Analogy Inc. Saber designer intro- ductory course[Z].1997.

[6] 丁強，何湘寧，孔劍虹.功率逆變橋閉環控制系統的Saber仿真與分析[J].電力電子技術,2000(1):46-48.

[7] STMicroelectronics. High-voltage resonant controller L6599[Z]. 2005.[8] Andy.L6599 LLC控制IC Saber建模Ⅱ-基本功能建模[EB/OL].(2012-05-09)[2015-01-17]http://www.dianyuan.com/bbs/890476.html.

中圖分類號：TM923

文獻標識碼：A

DOI：10.19358/j.issn.1674- 7720.2016.12.012

(收稿日期：2016-01-20)

作者簡介：

李翔翔(1993-)，男，在讀研究生，主要研究方向：開關電源。

孫愛鳴(1991-)，女，在讀研究生，主要研究方向：開關變換器高頻磁損建模及其定量研究。

Modeling and simulation of L6599 based on Saber parts gallery

Li Xiangxiang,Sun Aiming

(School of Automation, Nanjing University of Posts and Telecommunications,Nanjing 210023,China)

Abstract:In the medium and high power LED driver design area, LLC topology is often used in the second circuit. L6599 is a classical controller for LLC resonant converter which is the product of STMicroelectronics(ST) company. And many half-bridge LLC products adopt this IC. Thus, establishing the parts gallery model of L6599 has great significance for the research of LLC circuit which uses L6599 as the core component. The parts gallery model of L6599 is built by Saber to realize its basic function and protection functions. A time domain simulation of LLC resonant circuit is constructed by using the parts gallery model of L6599 to prove the effectiveness of the model. By using the model, it is possible to reduce the development cycle and costs.

Key words:L6599 ; LLC resonant converter ; parts gallery model ; time domain simulation