拓扑篇丨LLC谐振变换器快速设计与开发

 

前文中我们分享了LLC谐振变换器的电路参数设计与电路建模仿真，本篇将结合上一篇中的电路参数设计，并配合LLC谐振电源控制芯片PPEC-86CA3B以及PPEC Workbench开发软件带领大家进行实际LLC谐振变换器的设计与开发。
 

一、LLC谐振变换器设计与开发

（一）外围电路设计与硬件平台搭建

1、外围电路设计

 

这里给出了PPEC-86CA3BLLC谐振变换器电源控制芯片的采样、PWM驱动以及硬件保护等外围电路设计图，大家可参考上图进行外围电路搭建与连接。

2、硬件平台搭建

LLC谐振变换器的硬件测试平台如图：

 

首先，根据上一篇中介绍的电路参数设计方法进行LLC谐振变换器电路拓扑的参数设计，根据参数计算结果进行硬件平台的器件选型。

然后，按照外围电路设计图搭建LLC主拓扑电路、PWM驱动电路、采样电路以及保护电路等。

（二）LLC谐振变换器快速开发

1、开发准备：在PC端安装PPECWorkbench软件，并将电源控制核心PPEC-86CA3B与PC端进行连接；

2、新建工程

打开PPEC Workbench软件，点击起始页“新建工程”或左侧工作栏“新建”按钮，进入工程项目新建导航页。

选择“谐振变换器（LLC）”拓扑。

3、设置控制参数

这里以恒压工作模式为例，设定电压130V，限定电流3A，其他参数可参考上图进行设计。

4、设置启动参数

设定主继电器闭合电压阈值以及主继电器闭合时间。

当检测电压大于“主继电器闭合电压阈值”时，经过"主继电器闭合时间"继电器自动闭合，参数可参考上图进行设置。

5、设置保护参数

进行电路输入与输出的电压/电流等保护阈值设置。

当采样电路检测到电压/电流参数超过设定阈值时，则停止芯片PWM驱动信号输出，并在PPECWorekbench软件上显示相应的故障。

6、选择通讯端口

若存在设备连接可在端口号下拉菜单里进行端口选择，若不存在设备连接则端口号下拉为空。

本例中的通讯端口为“COM3”。点击“完成”新建LLC谐振变换器工程。

7、设备连接

点击左侧工作栏“连接”按钮,初次连接需要设置密码，一般为6位数字，初始密码为“666666”。

8、参数下发

击工作栏“下发参数”按钮将已选择的参数一键下发至芯片，右键“下发参数”按钮可进行下发参数的勾选，可以选择部分参数进行下发。

待下发状态进度条加载完毕即完成参数下发。

9、调试

点击工作栏“调试”按钮进入调试界面。

调试界面可进行开环调试、采样校正、运行参数显示、控制参数设置、故障信息显示以及实时波形显示。

（三）功能验证

1、采样校正

为了实现采样值与实际值的匹配，需进行采样校正。

首先，记录两组采样值与实际值参数；

然后，打开PPEC Workbench软件的调试界面，点击“采样校正”切换到需要校正的采样通道，在左侧填入实际电压/单流值，右侧填入软件显示的电压/电流值；

最后，点击“校正”按钮，采样校正完成。

2、保护功能验证

在电源设计阶段已经对保护阈值进行设置，可点击工作栏“设置”按钮进行保护阈值的查询或修改。

为保障设备安全运行，在调试前对保护功能进行验证，这里以“输出过压保护”的功能验证为例：

1、在电源设备非运行状态，外部稳压源连接到设备输出电压采样端；

2、调节外部电压源输出至大于设定输出过压保护阈值（400V）的电压；

3、观察PPEC Workbench的故障信息栏是否显示“输出过压”故障信息。

设备其他的保护功能可参照上面的方法进行验证。

3、开环调试

在PPEC Workbench软件调试界面点击“开环调试”。然后对“PWM脉冲数量”、“PWM频率”和“PWM死区时间”进行设置。

这里采用连续输出模式进行开环调试操作：

①首先设置PWM脉冲数量为0，PWM频率为100KHz，PWM死区时间为1.2µs，点击“输出”按键，利用万用表测量输出电压；

②然后调整PWM频率为70KHz，用万用表测量输出电压。

 

两次操作的输出电压如图。PWM频率为100KHz时输出电压为115V，PWM频率为70KHz时输出电压为149V，符合开环输出控制规律。

4、闭环调试

开环验证无误后，点击PPEC Workbench软件设备控制区的“运行”按钮，并利用万用表测量输出电压。

如上图所示：设定电压130V，闭环输出电压稳定在130V，闭环调试结果符合预期。

完成调试之后，可通过工作栏“固化参数”功能将工程参数写入到PPEC-86CA3B芯片中，参数保存不受芯片掉电影响。然后可点击工作栏“保存”按钮将工程参数保存至本地。

以上就是利用PPEC-86CA3B进行LLC谐振变换器开发的全部过程，真的是非常的简单便捷。其配套的PPEC Workbench开发软件采用菜单式配置模式，设计流程清晰明了，参数观测清晰直观。

除了LLC谐振变换器外，PPEC系列芯片还可进行移相全桥、LC串联谐振、单相整流/逆变、三相整流/逆变、双向有源桥、Buck/Boost半桥及Vienna等电源拓扑的开发。

欢迎感兴趣的工程师们，留言咨询！接下来就带大家了解一下本篇章我们用到的研发黑科技！

二、研发黑科技

1、PPEC-86CA3B

PPEC-86CA3B是一款应用于LLC谐振变换器拓扑的电源控制芯片，其内部囊括电力电子核心算法，并集成了数字控制电路，可为电源研发企业提供稳定可靠的高效隔离型DC/DC控制方案，极大程度降低电源开发门槛，有效缩短研发周期。

2、PPEC Workbench

PPEC Workbench软件是武汉森木磊石科技有限公司研发的图形化编程平台，配合PPEC系列控制核心使用。

 

其采用菜单式配置模式，设计流程清晰明了，参数观测清晰直观，无需代码编程即可实现电源的参数设计与开发，降低了电源开发门槛，为电源研发企业降本增效。