VMC和CMC的LLC控制器仿真对比

控制器的 AC对比

备注：本文所有控制器的环路对比都建立在功率级相同的工况下。

电压模式控制器通常是使用运算放大器的输出电压直接控制开关频率，在这种控制方法的补偿器设计尤其复杂，因为电压模式控制的频率响应包括四个极点，而且极点的位置还会随着输入电压和负载的变化而变化。

下面是L6599控制的LLC的的频率控制到输出电压的频率响应扫描，此时系统工作在低于谐振时：

从扫描得到的bode图来看，电压控制模式的LLC变换器在低频1.4KHz处存在双极点引起的增益尖峰和负180deg的相位剧烈变化。仅从低频区域的图形来看，倒是和电压控制模式的BUCK变换器的占空比到输出电压的波形很相识。因此也可以参考VMC的BUCK的补偿方法，主要是通过避开影响的方式，让系统工作在低带宽，使系统更容易稳定。具体实施方法为：

1. 在原点处放置一个极点来获得高DC增益。
2. 在双极点频率上放一对零点。
3. 放一个极点补偿ESR零点。
4. 高频极点放在较高频率处限制高频噪音。
5. 调整零点和极点的位置来选择系统穿越频率和相位提升大小，最好是低5-10倍的双极点频率。

但是就真的没有办法提升LLC系统的动态性能了吗，很久以前就有人考虑使用变压器里面的谐振电流做平均电流模式控制。这种办法能提升负载动态水平，因为内环直接控制了谐振槽的电流平均值，虽然没有直接控制每个开关周期的输入电流，但是间接也控制了输入功率。

第二种办法就是通过检测在每个开关周期内的流入谐振槽的电荷来进行频率控制，这种办法是通过检查谐振电容上的电压，在开关开始到开关结束时的电荷总量，根据输入电流的积分来进行输入电流控制。但是这种控制方法在满负载时很好控制，但是负载较轻时确实也很麻烦。

从控制的角度来看，只要是能直接或间接的控制输入变换器的功率就能提升系统的动态响应。 在fuu前辈的指引下 ，我们提出了一种控制流入输出电容的纹波电流做快速电流内环方法，外环使用低带宽电压环，通过双闭环的方法来提升系统的动态响应。因为该节点的电流既然代表了输入侧的谐振电流的大小，也能反映出输出负载电流的水平。其模型可见下图，内环直接控制L6599的频率，外部电压环我没加，使用了一个直流电压给定来控制输出电压。

从电流内环给定到输出电压的频率响应扫描:

可以看到对比L6599的直接频率控制方法，在同样的功率级参数下1.4KHz处出现的双极点增益峰值已经消失，在整个低频范围增益和相位曲线都显现为一阶系统的图形。仅在50KHz再次出现了高增益峰，但是这里可以在控制环上放极点对其进行抑制。对我们闭环控制所希望的低频段曲线确实有非常大的改善，使用这个曲线来做控制，应该能得到非常好动态响应和系统闭环稳定性。

下图是NCP1399的频率控制到输出电压的频率响应，和上面使用了电流内环的控制方法图形接近，低频从30dB开始，有非常高的DC增益。相位从0deg开始相位移，在整个低频范围内都都显现一阶系统的特性，仅在50KHZ出出现了增益峰值，处理办法可以见上文。使用电流模式控制后，确实大幅度的提升了系统的带宽，真是个好东西。

下图是FAN7688 的频率控制到输出电压的频率响应，低频从30dB开始，有非常高的DC增益。相位从0deg开始相位移，在整个低频范围内都都显现一阶系统的特性。但是不同的地方是在20KHZ出现了变化，相位剧烈的变化，可能小信号模型在高频处与上面几个有些不同，但是不妨碍低频段的优秀性能。

下图是UCC25640X的频率控制到输出电压的频率响应，低频从30dB开始，有非常高的DC增益。相位从0deg开始相位移，在整个低频范围内都都显现一阶系统的特性。仅在50KHZ出出现了增益峰值，处理办法可以见上文。

小结：

经过一系列的对比测试来看，在模拟控制领域可以说LLC的电流模式控制器出现。游戏规则已经被改变，在性能上大幅度领先传统的电压模式控制。随着市场应用的不断成熟，电流模式的LLC控制器必然出货量会越来越大，让我们期待那一天的来临。

但是在数字控制领域来说，电压模式的直接频率控制似乎还会继续下去。主要原因是LLC的峰值电流控制在DSP中很难实现，也许后面会出现针对这个控制方法外设，但是目前阶段还是有诸多不便。但是对数字控制来的有点来说，主要是灵活，其实还有是办法想一想的。上文讲到的fuu大大提出的办法，引入输出电容的电流做内环，既可以把谐振槽的平均输入功率做控制，还可以引入反应负载电流变化的前馈。经过测试确实可以明显的提升控制到输出的频率响应性能，对比上文中的几种电流模式控制器的频率响应也不虚，关键在于这个控制算法在DSP内易于实现，是一种非常好的改善方法。