DHH带你深入浅出LLC.14

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仿真与测试方法——从模型到实测

仿真是LLC设计的重要工具，可以在硬件制作之前验证参数、优化性能。测试则是验证设计是否达到预期的最终手段。

14.1 仿真工具选择

LTspice：免费，适合中小规模电路仿真，支持LLC的时域仿真。缺点是收敛性有时较差，需要调整仿真参数。

PSIM：专门为电力电子设计的仿真工具，LLC模型丰富，仿真速度快，适合系统级仿真。

PLECS：与Simulink集成，适合控制系统仿真，支持热仿真。

Simetrix/SIMPLIS：SIMPLIS采用分段线性建模，仿真速度极快，适合LLC的环路仿真。

Saber：功能强大，适合详细仿真，但价格昂贵。

14.2 LLC仿真模型

理想模型：使用理想开关、理想变压器、理想LC元件，快速验证增益曲线和工作波形。

详细模型：加入MOSFET的Coss、体二极管、导通电阻，变压器的漏感、励磁电感、寄生电容，二极管的结电容和反向恢复。适合精确仿真损耗和EMI。

平均模型：使用受控源替代开关，适合环路仿真，速度快。

14.3 时域仿真设置

仿真步长：最大步长应小于开关周期的1/100，例如150kHz时，步长取10ns。

初始条件：设置输出电容的初始电压为0，模拟软启动过程。

收敛性：如果仿真不收敛，可以增加迭代次数，或者使用较简单的模型。

仿真内容：

• 启动过程：观察谐振电流、输出电压、频率变化
• 稳态波形：观察半桥中点电压、谐振电流、副边电流
• 负载跳变：观察动态响应
• 输入电压跳变：观察增益调节
  
  

14.4 测试设备与技巧

示波器：带宽至少100MHz，最好500MHz以上。使用差分探头测量半桥中点电压，使用电流探头测量谐振电流。

功率分析仪：测量输入输出功率和效率，精度0.1%以上。

环路分析仪：测量环路增益和相位裕度，如Bode 100、E5061B等。

EMI接收机：测量传导EMI和辐射EMI。

测试技巧：

• 测量ZVS：观察半桥中点电压在死区结束时是否已经到达0或Vin
• 测量谐振电流：使用电流探头或串联采样电阻
• 测量效率：使用功率分析仪，注意探头校准
• 测量环路：在反馈环路中注入小信号，测量响应
  
  

14.5 增益曲线测量

方法：固定输入电压和负载，改变开关频率，测量输出电压。绘制Vout-fs曲线，与仿真和FHA计算对比。

注意事项：测量时要保证软启动完成，系统进入稳态。频率变化要缓慢，避免动态效应。

14.6 热测试

方法：使用热电偶或红外热像仪测量元件表面温度。在满载、最高环境温度下测试。

注意事项：热电偶要贴紧元件表面，使用导热胶固定。红外热像仪要注意发射率校准。

14.7 一个仿真与测试对比实例

以480W LLC为例，仿真得到效率96.2%，实测效率95.8%。差异主要来自：

• 变压器交流损耗估计不足
• PCB走线损耗
• 驱动损耗
• 测量误差
  
  

通过调整变压器绕组和优化布局，实测效率提升到96.1%，与仿真吻合。

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