拓扑篇丨LLC谐振变换器快速设计与开发

2024-08-07

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

拓扑篇丨LLC谐振变换器快速设计与开发 (https://ic.work/) 技术资料 第1张

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:

拓扑篇丨LLC谐振变换器快速设计与开发 (https://ic.work/) 技术资料 第2张

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

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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。

拓扑篇丨LLC谐振变换器快速设计与开发 (https://ic.work/) 技术资料 第4张

选择“

谐振变换器(LLC)

”拓扑。


3、设置控制参数

拓扑篇丨LLC谐振变换器快速设计与开发 (https://ic.work/) 技术资料 第5张



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。

拓扑篇丨LLC谐振变换器快速设计与开发 (https://ic.work/) 技术资料 第6张


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。

拓扑篇丨LLC谐振变换器快速设计与开发 (https://ic.work/) 技术资料 第7张

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。

拓扑篇丨LLC谐振变换器快速设计与开发 (https://ic.work/) 技术资料 第8张


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”。

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8、参数下发

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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。

拓扑篇丨LLC谐振变换器快速设计与开发 (https://ic.work/) 技术资料 第11张

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。

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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。

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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

拓扑篇丨LLC谐振变换器快速设计与开发 (https://ic.work/) 技术资料 第14张

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:

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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”



“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。

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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。

拓扑篇丨LLC谐振变换器快速设计与开发 (https://ic.work/) 技术资料 第18张


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。

拓扑篇丨LLC谐振变换器快速设计与开发 (https://ic.work/) 技术资料 第19张

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。





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