基于Saber器件库的L6599芯片建模及仿真_引脚_电路

(南京邮电大学 自动化学院，江苏 南京 210023)

：在中高功率LED灯电源设计中，后级电路常采取LLC拓扑构造。
L6599是STMicroelectronics（ST）公司的一款用于LLC谐振变换器的经典掌握器，目前很多半桥LLC产品中均采取此IC。
因此建立L6599芯片的器件库模型，对付研究以L6599为核心器件的LLC电路具有主要意义。
通过Saber软件建立了L6599芯片的器件库模型，实现了其基本功能和各种保护功能。
末了用建立的L6599芯片的器件库模型进行半桥LLC谐振变换器的时域仿真，验证了模型的有效性，为缩短产品开拓周期，减少研发本钱供应了可能。

：L6599； LLC谐振变换器；器件库建模；时域仿真

在中高功率LED灯电源设计中，常采取两级电路［1］。
第一级电路为PFC电路，将220 V互换电变为400 V以上的直流电供第二级电路利用，并使输入电流跟踪输入电压，实现功率因数校正，提高电能的利用效率，减少对电网的影响［2］。
第二级电路为DCDC电路，在中大功率场合，由于半桥LLC谐振电路具有元器件少、构造大略、本钱低、效率高、低EMI噪声等优点［34］，因此第二级电路常采取半桥LLC谐振电路。
L6599是ST公司的一款用于LLC谐振变换器的经典掌握器，目前很多半桥LLC产品中均采取此IC。
而Saber仿真软件［5］是当现代界上功能强大的电子仿真软件之一，它具有很大的通用模型库，其元件模型库中有4 700多种带详细型号的器件模型，500多种通用模型［6］，特殊适用于开关电源的仿真。
因此在Saber软件中对L6599芯片进行器件库建模，并通过建立的模型进行仿真，理解其基本特性，可以方便后续的产品开拓，为缩短开拓周期，减少研发本钱打下根本。

1L6599芯片的建模

根据L6599数据手册［7］供应的关于振荡器的干系参数及模型图可知L6599振荡器的事情事理如下［8］：IC事情后，4脚（RFmin脚）上产生2 V的基准电压，此电压通过电阻RFmin产生一定的电流Ir，Ir通过电流镜给电容CF充电。
当电容CF上的电压高于3.9 V时，RS触发器输出低，电流镜事情，匆匆使电容CF放电；当电容CF上的电压低于0.9 V时，RS触发器输出高，电流镜关断，电容CF开始充电，进入下一周期的循环。
根据以上剖析，建立了如图1所示电路模型。

个中空想二极管用来在开关断开时为流控电流源供应电流利路。
设置仿真参数为RFmin=4.7 kΩ，CF=330 pF，得到仿真波形图如图2所示。

测得频率为freq=214 830 Hz，与根据数据手册打算出来的结果f=13×CF×RFmin=214 915 Hz相同等。

其余，RS锁存器输出的两个旗子暗记即为占空比各为50%图1基本功能的电路模型图图2振荡器的波形图

的数字电平旗子暗记，此旗子暗记可作为IC驱动输出HVG和LVG的驱动旗子暗记，在其间插入buffer缓冲器，并对其进行相应设置，可得到如图3所示的仿真波形。

由图3可知，在振荡器的三角波上升时，低端门极驱动打开，在振荡器的三角波低落时，高端门极驱动打开，且去世区韶光为 0.3 μs，与数据手册给出的数据相同等，解释了模型的精确性。

1.2STBY引脚的建模

STBY引脚用于间歇工作模式，由数据手册可知，当5脚（STBY脚）低于1.25 V时，IC进入burst mode事情模式，驱动无输出，振荡器关断；当该引脚电压高于1.25 V后，IC规复正常。
因此通过一个电压比较器，即可实现间歇工作模式的建模，模型如图4所示。

1.3ISEN引脚、Css引脚和DELAY引脚功能的建模

ISEN引脚用于过流保护，Css引脚用于软启动，DELAY引脚用于延迟关断。
由于这三个引脚的内部逻辑电路是相互影响的，因此需一起考虑对这三个引脚的功能建模。
通过深入阅读与这三个引脚干系的数据手册的内容，可总结如下。
ISEN引脚内部连接了两个比较器，过载电流发生时，有两种情形：（1）当ISEN引脚上的电压高于0.8 V时，第一个比较器触发，软启动电容Css放电，放电速率由开关的导通电阻决定，此时导通电阻为120 Ω。
同时打开了一个内部电流源，产生150 μA的电流对DELAY引脚进行充电。
当DELAY引脚上的电位达到2 V时，无论OCP比较器的输出是什么，都对软启动电容Css进行快速放电，拉低PFC_STOP引脚电平，而150 μA的恒流源连续给DELAY引脚充电，DELAY引脚上的电压连续上升。
当DELAY引脚上的电压达到3.5 V时，IC关闭，PFC_STOP引脚拉低，且内部电流源关闭。
DELAY引脚通过外部电阻缓慢放电。
当其上的电压小于0.3 V时，IC将重新开始事情。
（2）当ISEN引脚上的电压高于1.5 V时，第二个比较器触发，IC关闭，两门极驱动关闭，PFC_STOP引脚拉低，关闭全体电路。
根据以上总结的内容，建立了如图5所示模型。

1.4DIS引脚的建模

DIS引脚用于过温保护或者过压保护。
DIS引脚内部连接一个比较器的正向输入端，比较器的反相输入端接内部参考电压源。
当DIS引脚上的电压高于1.85 V时，IC立即关闭。
当Vcc引脚上的电压小于UVLO时，复位锁存器，重启IC。
因此建立了图6所示模型。

1.5LINE引脚的建模

LINE引脚用于线电压检测，可以用来设置线电压的高下门限。
LINE引脚内接一个比较器的正向输入端。
当LINE引脚上的电压高于1.25 V时，内部15 μA的电流源导通，门极驱动输出正常。
当LINE引脚上的电压低于1.25 V，内部15 μA电流源断开，对软启动电容Css进行图5ISEN、Css和DELAY引脚的电路模型图放电，关闭IC，关闭门极驱动旗子暗记。
根据以上剖析建立图7所示模型。

1.6PFC_STOP引脚的建模

PFC_STOP引脚用于掌握PFC级电路。
该引脚常日开路，只有当DIS>1.85 V、ISEN>1.5 V、LINE>7 V、STBY<1.25 V或DELAY>2 V时，该引脚被拉低，关闭PFC级电路。
上文建立的与PFC_STOP引脚干系的模块电路的对应输出均为低电平，因此建立图8所示的模型。

1.7Vcc引脚的建模

Vcc引脚用于芯片供电，具有欠压保护功能。
由数据手册可知，IC的开启门限电压为10.7 V，关闭门限电压为8.15 V，因此通过两个比较器和一个RS触发器构成UVLO滞环，RS触发器的输出q旗子暗记用作IC的使能旗子暗记。
根据上述剖析建立图9所示模型。

2基于L6599芯片的半桥谐振电路的仿真

根据上文建立的各引脚的电路模型，可以建立L6599芯片的器件库模型。
利用建立的L6599芯片器件库模型，搭建了如图10所示的LLC半桥谐振电路。
由于设计的是LED电源，因此采取恒流输出。
电路参数为：励磁电感Lm=750 μH，谐振电感Lr=100 μH，谐振电容Cr=15 nF，负载RL=20 Ω,采样电阻RC=50 mΩ,变压器匝比为37∶11∶11，得到的输出电流波形如图11所示,输出电流为3 A。

3结论

本文成功地在仿真软件Saber上建立了L6599芯片的器件库模型，该模型详尽地仿照了L6599芯片各紧张引脚的功能特性。

通过该模型可以实现门极驱动、间歇工作、过流保护、软启动、延迟关断、过温保护、线电压检测等功能,完备可以知足以L6599为核心器件的LLC电路研究。
本文运用建立的L6599芯片的模型进行半桥谐振电路的仿真，运行结果和波形验证了模型的有效性，为缩短产品开拓周期、减少研发本钱供应了可能。

参考文献

［1］ 关永伟. 带PFC预调节器的LLC谐振电源的研究［D］.秦皇岛：燕山大学，2009.

［2］ 杜海宾.功率因数校正技能的研究［D］.沈阳：东北大学，2010.

［3］ 胡先东.基于半桥LLC谐振变换器的LED驱动电源的设计［D］.合肥：安徽大学，2013.［4］ 张华北，王直杰.基于Saber仿真的改进型半桥LLC变换器闭环电路设计［J］.微型机与运用,2015,34(20):2830,35.

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

［6］ 丁强，何湘宁，孔剑虹.功率逆变桥闭环掌握系统的Saber仿真与剖析［J］.电力电子技能,2000(1):4648.

［7］ STMicroelectronics. Highvoltage resonant controller L6599［Z］. 2005.

［8］ Andy.L6599 LLC掌握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.