【实测】电流模式LLC

LLC拓扑应用至今已有十多年了，记得十年前在PC POWER行业刚接触NCP1395时还感觉不可思议。

随着LED驱动电源的火爆，LLC拓扑也迅速普及。特别是在100W以上的中大功率的路灯应用上，相比反激QR成本和效率上差不多，而热设计上也简单很多，200W以下基本可以无散热器；相比正激和半桥，效率更高，成本更低。

在PC POWER行业同样为了追求80PLUS金牌、钛金牌也同样‘’泛滥"的使用着LLC拓扑。

为什么用“泛滥”这个词呢？

因为个人觉得电压模式的LLC并不适合PC POWER这样工作在大动态的负载。

大范围的应用也使得电压模式的LLC动态响应太慢、纹波电流太大……这些问题被工程师们吐槽。

关于传统电压模式LLC的问题我在这里就不在一一吐槽了

这是ON的官方稿关于电压和电流模式LLC的说明。

有兴趣了解原文的请移步电源网技术频道：http://www.dianyuan.com/article/31861.html

没错，我今天要测的就是这款电流模式的LLC控制器NCP1399的DEMO。

主要针对大家关注和吐槽问题进行深入的实测。

NCP1399 DEMO正面高清大图

NCP1399 DEMO背面高清大图

先来看看官方关于DEMO的介绍，了解下这款DEMO的规格参数：

有没有眼尖的？

我拿到的DEMO和这个官方资料上的还是有点区别的，输出电容的位置有点不尽相同，但基本电路是一样的。

下面看看电路的构成：

DEMO上有3颗主要IC，另外还有1颗X电容放电的节能IC。

关于能耗、效率、功率因数、失真度……这些常规参数我就不去实测了，看官方数据吧，毕竟这些参数达到行业标准已经不是事儿了。

贴上无码高清电路图：

附上NCP1399的规格书：NCP1399.PDF

接下来进入实测：

。。。。。。下接第21帖。。。。。。

坐等更新。

LZ在安森美工作？

占位思考

来涨知识的

。。。。。。上接第1帖。。。。。。

上电，开测：

玩LLC没有个好点的示波器还怎么玩，上装备：

貌似是鼎阳的新品，SDS2000X系列，标配140M存储深度，玩LLC刚好够用，

特对于电压模式LLC动轧几十上百mS的动态响应（电流模式的请保持关注，后面会实测），没有高存储真不够耍，

而且SDS2000X新增的一键存储功能更是省时省力。玩LLC SDS2304X的确给我带来很多惊喜和便利，

更多给力功能我就不一一介绍了，因为。。。不是主角，哈哈。(官网链接：http://www.siglent.com/oscilloscope/SDS2000X）

说明：

1. Chroma 6408 作为交流输入源。

2. Keithley K2700监测输入交流电压。

3. qingzhi 8713B1功率计测量输入电压、电流、功率、功率因数。

4. Agilent 34401A监测APFC输出电压（即：LLC级输入直流电压）

5. HP 34401A监测输出直流电压。

6. KIKUSUI PLZ1003W电子负载作为负载。

首先，先测空载启动波形：

说明：

1通道（黄色）：采用Tektronix P5205A有源差分探头测量LLC功率管上管（Q2）驱动电压VGS波形。

2通道（粉色）：采用Cybertek DP6130有源差分探头测量LLC功率管下管（Q3）驱动电压VGS波形。

3通道（蓝色）：采用Tektronix A6302有源电流探头测量LLC功率变压器初级工作电流Ip波形。

在2mS的时基下保持1GSa/S的采样率，对输出电压上升沿设定45V电平单次触发捕获。

先展开看看上电瞬间的起始波形

NCP1399使用了特定的软启动方案，确保在任何条件下的稳固且无硬开关的启动。

看看启动中的波形：

再看看电流最大值的状态：

的确非常的稳定。

达到输出电压前的波形：

很漂亮的波形，不拖泥带水。

。。。。。。下接第29帖。。。。。

动态和纹波后面会测？

但去掉是改用高压DC源供电吗？还是市电供电？如果是市电整流直接供电估计不行，会欠压保护了。

。。。。。。上接第21帖。。。。。。

继续测试：

空载工作波形：

7秒一个周期的SKIP模式。

知道了完整的周期，就可以对起始端瞬间波形进行精确的波形捕获了。

单次触发捕获波形：

细节真多啊。。。有木有？有木有！是不是感觉有启动波有点类似。

展开看看起始端：

起始端基本和启动波形保持一致的节奏

。。。。。。下接第37帖。。。。。。

不错不错！

SKIP模式时内部比较器将FB端电压和预设值进行比较，当VFB低于预设电平时，IC内部关断进入SKIP模式。

IC的功耗降低，PFC控制脚的FB也能关掉。

就如上面实测的波形那样，NCP1399总是以固定的方式进入SKIP模式，下管的驱动时间等于Fmax或者最后一个上管驱动的3/2时结束来使谐振电容的保持25%来降低开关损耗。

而且每次开通的波形都是慢慢递增到50%的。

。。。。。。上接第29帖。。。。。。

再看看带载的波形：

CV模式，直接就满载了。

大时基下都很稳定，没有工频的影响。

展开：

开关频率130K左右。

再来结合桥臂和次级波形看看：

说明：

1通道（黄色）和4通道（绿色）：采用Siglent SP2030A无源探头开启相位反向测量分别次级输出整流管（D101）的电压VD波形。

2通道（粉色）：采用Cybertek DP6130有源差分探头测量LLC功率管下管（Q3）电压VDS波形。

3通道（蓝色）：采用Tektronix A6302有源电流探头测量LLC功率变压器初级工作电流Ip波形。

稳定压倒一切！！！

交集看看：

这样来看，NCP1399还是摆脱不了没有储能电感的弊端，死区时间还是得完全靠输出电容来维持的节奏。

。。。。。。下接第55帖。。。。。。

可以给他加个储能电感，测试一下效果，，

我之前有见过一个用1393做的5V40A的，次级加了 个电感，死区时间续流，可以直接用变压器驱动同步MOS，架构很简单。。

从这个波形来看，那个地方也的确是弥勒平台，但看结合VDS波形来看，又确实是ZVS

而且更奇葩的是，这个现象有点随机，还没找到原因。

再测又没有了，2套差分探头我也交换过，还是不能重复那个现象。

。。。。。。上接第38帖。。。。。。

继续测试：

说明：

1通道（黄色）：采用Tektronix P5205A有源差分探头测量LLC谐振电容（C13）的电压Vcs波形。

2通道（粉色）：采用Cybertek DP6130有源差分探头测量LLC功率管下管（Q3）的电压VDS波形。

3通道（蓝色）：采用Tektronix A6302有源电流探头测量LLC功率变压器初级工作电流Ip波形。

5mS的大时基下没有任何工频纹波。

小时基下看看：

输出电流上有高频开关纹波，其他波形都非常干净利索。

再整合一起交集看看：

都到负了啊，怎么说没到零？

蓝色是变压器初级电流波形哦

。。。。。。上接第56帖。。。。。。

接下来测试纹波：

说明：

SDS2304X 300M带宽全开测试。

因为手上的104瓷片电容是25V的，所以就没有装瓷片电容，仅装了个10uF100V的电容测试纹波。

其中：

1通道（黄色）为纹波电压，采用BNC同轴线剪掉一段直接焊接输出端测量。

2通道（绿色）为纹波电流，采用Tektronix A6312有源电流探头测量

5mS的大时基2GSa/s 采样率下没有工频纹波的分量。

输出45V@3.4A

纹波电压=0.272/45=0.6%

纹波电流=0.122/3.4=3.5%

展开波形可以看到纹波中包含有开关噪音，对于LLC这是无法规避的了。

再来看看把带宽限制到20M的纹波：

带宽限制20M以后，纹波明显小了

把电压纹波波形调节显示幅值提高一倍：

电压纹波=0.132/45=0.29%

电流纹波=0.092/3.4=2.7%

展开：

。。。。。。未完，待续。。。。。。

还没有看到LLC电流模式的优点啊。

动态响应，继续。

电压模式的就算用直流电压输入还是一样有工频纹波的。

是可以减小，但没法消除。

我一直在想，LLC的磁化电流跟谐振电流的峰值有相位差，如果能够直接得到磁化电流，而不是像这个IC通过间接得到，那么有个电流前馈，动态响应不是更好吗？不是真正的电流模式控制吗？

不对称半桥可以直接工作在电流模式，因此比较适合动态和大电流的场合。但是不对称半桥不能实现全程软开关。目前研究的人也比较小了。

这个相位差貌似没法避免的，前馈电流后可能就不能ZVS了吧，做开环可能会好些。

。。。。。。上接第58帖。。。。。。

继续测试动态：

说明：

1通道（黄色）：采用Tektronix P5205A有源差分探头测量LLC功率管下管（Q3）驱动电压VGS波形。

2通道（粉色）：采用Cybertek DP6130有源差分探头测量LLC功率管下管（Q3）电压VDS波形。

3通道（蓝色）：采用Tektronix A6302有源电流探头测量输出Iout的电流波形。

这张图测试是从空载SKIP模式直接转换到CV满载模式。

期间Vout的下跌可能是电子负载响应问题导致的，实际中如果采用LED做负载或许会不存在这样的问题。

放大看看：

从波形可以看出，带载的瞬间，电流瞬间爬升到CC值，之后输出电压下跌，电流下降为0，之后NCP1399开始输出脉冲，电压开始攀升，电压攀升到饿肚子后，IC输出关闭，瞬间被加载大电流，之后电流再次加载到CC值。IC持续输出。

针对这个波形，采用大存储进行单次触发：

先来看看各个细节：

电压攀升的波形。

这也同时证实了这一时刻还是工作在SKIP模式，同时周期也是没有变化的。

电流脉冲前电压攀升时的波形还是很稳定的。

电流脉冲的过程。

展开：

从这里也可以看出，和SKIP模式的收尾是完全一样的工作方式。

也就是说：这个周期还是处于SKIP模式的。

电流正式加载时的波形

启动始端的波形和SKIP模式的似乎有些变化了。

加载之后的波形

从波形可以看出，空载SKIP模式直接转换到满载，响应过程还是有些缓慢的。已经接近无SKIP的电压模式LLC了。

由于测试的DEMO SKIP模式周期长达7秒，同时还有电子负载CV模式的迟滞影响，或许也是导致这一响应时间较长的原因。

那么，问题来了：

如果屏蔽掉NCP1399的SKIP模式会怎么样呢？如果采用CC模式带载呢？

先来看看跳过SKIP模式的动态响应：

因为DEMO是CC输出的，CV带载没法模拟轻载，所以就改用CC带载测试。

带载0.5A时的波形。

貌似还是在SKIP模式，只是SKIP的周期短了些。

电压攀升中。。。。

整个过程还是和启动波形一样。

切换到3A负载：

从波形中可以看出，左边还是在SKIP周期中的，直接切换到3A，电流迅速爬升到3A，而且没有过冲，电压也有所跌落，但幅度相对很小。而且这一时刻NCP1399的驱动是关闭的。电压下跌之后，NCP1399才开始输出脉冲，同时电压开始攀升。但整个切换电流后的过程，电流是发生瞬变的。

前面的SKIP周期中的波形就不看了，上面已经放大过，都是一样的。

直接看切换电流到3A的波形吧：

电流爬升的过程，非常利索。

NCP1399的驱动关闭，但桥臂电压还保持在约1/4的位置。

NCP1399开始输出脉冲使跌落的电压回升的驱动波形。

这个波形和上面的空载SKIP模式直接切换到CV满载是完全一样的。

持续带载3A时的波形。

继续测试屏蔽SKIP模式的动态响应：

大时基下先看看从空载转到满载的整个状态

和上面测的SKIP模式转满载的后段有些类似。

仔细分析这个过程：

同样是加载时电流迅速爬升，同时输出电压也开始下降，但电流并没有过冲，

当输出电压下降到30V左右时，电流出现轻微打嗝下跌后马上回升，同时电压开始爬升。

这样的响应过程对于常规带载LED是不可能发生的，毕竟输出电压会被LED灯珠钳位。

那么问题来了：为什么会是这样的响应呢？

电子负载的CV模式响应慢是众所周知的，说明书一般都有注明，为了验证是不是电子负载CV模式的响应问题，

采用一台线性直流稳压电源做测试：

设定输出电压为30V，输出电流为3.4A

进行大时基捕获空载转满载波形：

呃。。。。

现在是不是感觉眼熟了？

减小时基提高采样率看看整个周期：

这个过程除了其中的各个周期时间外，工作模式和上面NCP1399测试的完全一致。

也就是说，电子负载CV模式还不能准确的测得NCP1399的动态响应过程。

。。。。。。下接第77帖。。。。。。

69帖是CC模式跳过SKIP模式轻载转满载的波形。

屏蔽SKIP的效果应该不会比这个差哦。。。。请保持关注。

。。。。。。上接第71帖。。。。。。

接下来采用CC模式屏蔽SKIP进行空载转满载测试：

响应很利索。。。

在电流上升的过载中，输出电压还是有微微的下跌，下跌的幅度也比较小，时间也比较短，下跌时间持续5mS不到，接着开始爬升，差不多7mS爬升到输出值。整个周期约12mS。对LLC来说响应速度已经算很快很快了。

电流爬升和爬升中，驱动波形没有任何的改变，但占空比没有开到最大（50%左右）

电压开始爬升时占空比才开到最大值了。

整个测试过程可以看出NCP1399的动态响应还是非常快的。远比电压模式快得多。

。。。。。下接第87帖。。。。。。

应该测个输入电压阶跃输出电压动态，更能说明电流控制模式问题！

我理解电流模式原本先追求的是动态安全问题，即输入侧瞬时扰动（如谐波分量）快速抑制，其次才是环路动态响应提升问题。

无论怎样模式高频开关电源，只要将输入正弦波整流--撕裂（高频化）后，产生任何频段、任何幅值高频谐波那是必然的，即便是全谐振也只是减少谐波及幅值而已，这些谐波对于管子、电感器件而言都是威胁。

电流模式的意义何在呢？仅仅是为了输出动态响应吗？

反正我们N年前开发非线性电流控制器就是首先为了变换器安全考虑的，那时也有APFC；当然也获得了优良的动态。

谐波这玩意儿对变换器来讲就是它的魔，呵呵，，，也许我这么理解有些偏激吧，，，，，，

谐波来自电网的不多，大多都是自家产的。

在LLC研究过程中遇见了很大的障碍，特别是大功率情况下，发现其动态非常不好，以致引起烧机。这是由于线性控制器+网络校正不能适应LLC这种强非线性的、大滞后特性的变换器，在应对瞬时扰动（如谐波）时，线性负反馈环路“来不及”（uS级）调制频率所致。

因此，开发电流控制（或叫做非线性控制）模式，以半周期内（uS）就可以做出反应来适应瞬时动态的方案。

这只是我的一般认知，尚未达到对LLC及相关控制的深度认知水平。

还望版主给予指正！

LLC工作是频率的变化是缓慢的，你要做到uS级的响应，算一下，1uS就是1MHZ的频率1个周期，10uS就是100KHZ的1个周期，这是不可能的了。

LLC的频率变化是缓慢的，而且谐振中很多情况是未知的，不可能在1个周期内完成频率的快速跳变的，半个周期内更是不可能的。

而这些并不是谐波的影响，而是LLC本身的特性决定的。

谐波也没你说的那么邪乎吧。

对于那些反激适配器加PFC的规定就是因为谐波。

。。。。。。上接第77帖。。。。。。

接下来测试下带载开机的波形：

这是开启SKIP模式带载开机的波形。

输出电压开始上升时，NCP1399就开始输出脉冲了，

当输出电压开始上升后产生输出电流，输出电压和电池电流同步爬升，

当电压爬升起来后，NCP1399关闭输出，输出电压开始下降，但此时输出电流没有变化，

当输出电压跌落后，NCP1399再次输出脉冲时输出电压回到正常。

展开看看各个局部波形细节：

开机脉冲和软启动时基本一致。

电流上升的过程。

电流刚开始爬升的波形，NCP1399输出的脉冲没有受到电流爬升的影响。

这个收尾也和SKIP模式一样。

输出电压爬升时，NCP1399再次输出的脉冲波形。

再看看屏蔽SKIP模式的带载开机波形：

和SKIP状态差不多，但NCP1399的输出没有断续

启动的脉冲波形还是一样。

电流爬升的过程也一样

输出电压爬升中的波形。

这个动态响应算是很给力了。

从测试的波形可以看出，基于NCP1399 电流模式LLC能提供更好的动态负载响应和无工频纹波的电流输出，同时能实线超低的空载待机和高能效。

关于大概对LLC拓扑吐槽的纹波和动态问题我已将详尽的测试发出来了。

DEMO是我拿来试用的，已经归还，如果有工程师需要更深入的测试我这里有一些样品可以提供给大家。（当然，也希望你也能分享你的测试数据）

更多的功能期待大家的发现，比如：NCP1399具备快速的初级电流检测，所以不需要像电压模式LLC那样外加短路保护控制电路。

如果能够直接检测电流像反激那样控制就好了。

这些IC的电流模式都是经过波形变换的。

本来想占到100楼给J版一个惊喜，想想还是算了

既然这颗料这么厉害，J版从头说起说说吧

先从启动时序说起，这个Istar1 和Istar2是怎么用的，因为规格书上只标注了一个发生在vcc=0v一个发生在vcc=vcc（on）-0.5v具体是怎么样的没弄明白

然后就是在启动没成功或者启动后各种保护模式和skip模式，这时又是用的那个电流，1还是2？看到启动上面有说一个130度的过热保护，难道是说后面用的都是9mA？

想用这货配L6562搞一款

vcc短路意味着芯片永远不会启动成功，结果内部启动电路（就是一个线性恒流源）一直打开，如果以Istar2=9mA工作的话，只要母线电压DC大于70V就会超出极限耗散水平，所以启动过热保护是必须的。

后来再看了一下手册，搞清楚了这个启动电流是2段式，首先以ISTART1=0.5mA试探性启动，vcc电容被充电到一个门槛电压VCC_INHIBIT=0.8V后再以ISTART2=9mA直至到IC工作电压门槛，后面的事情就要问J版了。

其实你的担心是多余的，首先以Istart2=9mA运行时还会受到HV端的过热保护的限制，出现过热是会逐渐降低电流。

另外，NCP1399每一次的启动都是内部数字部分固化的特定方式非线性的软启动，从上面测得的波形中也可以看出，第1个下管脉冲之后，后面紧接着3个都是上管脉冲，变压器的辅助线圈完全可以供上来了，NCP1399的HV电流源都没有过热的机会。

活动介绍：

电压模式的LLC实测见：

有兴趣的可以对比看看。

电压模式VCO 一定有严重的100HZ纹波吗？

我呵呵