基于Saber器件库的L6599芯片建模及仿真

李翔翔,孙爱鸣

(南京邮电大学 自动化学院，江苏 南京 210023)



基于Saber器件库的L6599芯片建模及仿真

李翔翔,孙爱鸣

(南京邮电大学 自动化学院，江苏 南京 210023)

摘要：在中高功率LED灯电源设计中，后级电路常采用LLC拓扑结构。L6599是STMicroelectronics(ST)公司的一款用于LLC谐振变换器的经典控制器，目前很多半桥LLC产品中均采用此IC。因此建立L6599芯片的器件库模型，对于研究以L6599为核心器件的LLC电路具有重要意义。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。最后用建立的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，为缩短产品开发周期，减少研发成本提供了可能。

关键词：L6599； LLC谐振变换器；器件库建模；时域仿真

引用格式：李翔翔,孙爱鸣. 基于Saber器件库的L6599芯片建模及仿真[J].微型机与应用，2016,35(12)：35-38.

0引言

在中高功率LED灯电源设计中，常采用两级电路[1]。第一级电路为PFC电路，将220 V交流电变为400 V以上的直流电供第二级电路使用，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、结构简单、成本低、效率高、低EMI噪声等优点[3-4]，因此第二级电路常采用半桥LLC谐振电路。L6599是ST公司的一款用于LLC谐振变换器的经典控制器，目前很多半桥LLC产品中均采用此IC。而Saber仿真软件[5]是当今世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多种带具体型号的器件模型，500多种通用模型[6]，特别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，了解其基本特性，可以方便后续的产品开发，为缩短开发周期，减少研发成本打下基础。

1L6599芯片的建模

1.1基本功能的建模及测试

根据L6599数据手册[7]提供的关于振荡器的相关参数及模型图可知L6599振荡器的工作原理如下[8]：IC工作后，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，电流镜工作，促使电容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。根据以上分析，建立了如图1所示电路模型。

其中理想二极管用来在开关断开时为流控电流源提供电流通路。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。

另外，RS锁存器输出的两个信号即为占空比各为50%

图1　基本功能的电路模型图

图2　振荡器的波形图

的数字电平信号，此信号可作为IC驱动输出HVG和LVG的驱动信号，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，在振荡器的三角波下降时，高端门极驱动打开，且死区时间为 0.3 μs，与数据手册给出的数据相一致，说明了模型的正确性。

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工作模式，驱动无输出，振荡器关断；当该引脚电压高于1.25 V后，IC恢复正常。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。

图4　 STBY引脚的电路模型图

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相关的数据手册的内容，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，有两种情况：(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，放电速度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的恒流源继续给DELAY引脚充电，DELAY引脚上的电压继续上升。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将重新开始工作。(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，关闭整个电路。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上下门限。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进行放电，关闭IC，关闭门极驱动信号。根据以上分析建立图7所示模型。

图5　ISEN、Css和DELAY引脚的电路模型图

图6　 DIS引脚的电路模型图

1.6PFC_STOP引脚的建模

PFC_STOP引脚用于控制PFC级电路。该引脚通常开路，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引脚相关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信号用作IC的使能信号。根据上述分析建立图9所示模型。

图7　 LINE引脚的电路模型图

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。使用建立的L6599芯片器件库模型，搭建了如图10所示的LLC半桥谐振电路。因为设计的是LED电源，因此采用恒流输出。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。

图8　PFC_STOP引脚的电路模型图

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，该模型详尽地模拟了L6599芯片各主要引脚的功能特性。

图9　 Vcc引脚的电路模型图

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,完全可以满足以L6599为核心器件的LLC电路研究。本文应用建立的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，为缩短产品开发周期、减少研发成本提供了可能。

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.

图10　 LLC半桥谐振电路图

图11　输出电流波形图

[2] 杜海宾.功率因数校正技术的研究[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].微型机与应用,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.功率逆变桥闭环控制系统的Saber仿真与分析[J].电力电子技术,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.

中图分类号：TM923

文献标识码：A

DOI：10.19358/j.issn.1674- 7720.2016.12.012

(收稿日期：2016-01-20)

作者简介：

李翔翔(1993-)，男，在读研究生，主要研究方向：开关电源。

孙爱鸣(1991-)，女，在读研究生，主要研究方向：开关变换器高频磁损建模及其定量研究。

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