LLC开关电源开发：第四节，LLC软件设计报告

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1. LLC硬件及软件框架

LLC控制硬件与软件架构
LLC主功率为全桥结构，PWM1A/B用以驱动全桥的低边与高边MOS管。控制器采样输出电流电压信号，环路计算实现输出不同输出电压电流的控制；采样滑动变阻器电压值，用以设定输出参考电压；比较器获取LLC原边电流，实现电流过大（电流异常）时快速关闭PWM，快速保护机器不损坏。

2. LLC软件设计

2.1 工程文件说明

文件名 介绍
main.c 主函数：主要用以配置初始化
ISR1.c 20us中断函数
ISR1.h 20us中断函数头文件
ISR2.c 5ms中断函数
ISR2.h 5ms中断函数头文件
Function.c 功能函数
Function.h 功能函数头文件
ISR1.c函数定义说明：
函数名 介绍
ISR_20US () 20us中断函数入口
ADCSample() 输出电压、电流、温度等采样函数
VILoopCtl() PI电压电流环函数
VILoopCtl2P3Z() 两零三极电压电流环函数
BurstCtl() Burst控制函数（轻载或空载情况）
RegReflash() PWM寄存器更新函数
FastProtection() 快速保护函数
ISR2.c函数定义说明：
函数名 介绍
ISR_200Hz 5ms中断函数入口
SlowP() 慢速保护函数
StateM() LLC状态机
VrefGet() 输出电压参考值获取函数
LEDShow() 状态显示灯控制函数
Function.c函数定义说明：
函数名 介绍
StateMInit () 初始化状态函数
StateMWait () 等待状态函数
StateMRise () 软启动状态函数
StateMRun () 正常运行状态函数
StateMErr () 故障状态函数
ValInit () 参数初始化函数
HwOpp() 谐振电流过大保护
SwOCP () 输出过流保护函数
SwUVP () 输出欠压保护函数
SwOVP () 输出过压保护函数
ShortOff () 输出短路保护
PWMEn() 开启PWM函数
PWMDis() 关闭PWM函数

2.2 LLC中断设计

程序运行有20us中断和5ms中断。其中20us中断优先级最高，主要对模块相关参数采样、电压电流环路计算及PWM寄存器更新、Burst控制、快速保护功能等；5ms中断优先级为较低，主要执行状态机运行和一些辅助保护功能。

2.2.1 20us中断

函数名： ISR_20US ()
软件在20us中断中对输出电压、输出电流、滑动变阻器电压等参数进行采样和求平均。根据所采样的电流电压值进行环路计算得到PWM周期量（频率量），并更新PWM周期寄存器。在空载或轻载的情况下使用Burst控制（打嗝控制）。同时比较器检测原边电流，当原边谐振电流较大时，比较器翻转，通过Tz信号快速关闭PWM，保护机器。

20us中断函数流程图

2.2.2 5ms中断

函数名：ISR_200Hz()
5ms中断优先级较低，运行包括LLC状态机，输出过压保护、输出过流保护、欠压保护等功能，获取滑动变阻器电压值转换成输出参考电压，同时根据LLC工作状态变更状态显示灯，其程序流程图如下图所示。

200Hz中断程序流程图

2.3 LLC状态机设计

LLC程序状态机运行周期为5mS，包括初始化状态、等待状态、软启动状态、正常运行状态、故障状态，各个状态之间跳转条件如下图所示。

状态机运行图
状态跳转条件如下：
 初始化状态至空闲状态：上电程序初始化后跳转。
 空闲状态至软启动状态：等待1.5S后自动跳转。
 软启动状态至正常运行状态：正常启动结束后。
 软启动状态至故障状态：启动过程中发生故障或保护。
 正常运行状态至故障状态：正常运行过程中发生故障或保护。
 故障状态至空闲状态：故障消除后自动跳转，模块自动恢复启动。

2.3.1 初始化状态

函数名：void StateMInit (void)
初上电程序进入初始化状态，完成程序运行相关参数的初始化配置，包括关闭PWM，关闭Burst功能，故障标志位清零，初始化输出电压参考为11.5V，设定输出最大限流值为4.5A。程序完成初始化后状态机进入空闲状态。

2.3.2 空闲状态

函数名：void StateMWait (void)
程序等待1.5秒后（等待母线上电后电压稳定），若故障标志位都为0（模块无故障），则状态至软启动状态，并初始化软启动子状态机标志位。

2.3.3 软启动状态

函数名：void StateMRise (void)
程序软启动状态机采用子状态机设计，由初始化、等待、启动、启动完成四个子状态构成。初始化阶段，设定LLC原边电流保护值，PWM的限定启动周期量（频率值），输出参考电压初始值。随后进入等待状态等待100ms，开启Burst功能和以最高频率发波。在软启动过程中，为了抑制启动过程原变谐振电流过大，启动从最高频率（最小周期量）开始启动，以最大死区启动，每隔5ms最大周期量限制值逐渐增加，即LLC运行的最低频率逐渐降低，死区逐渐减小。当PWM的最大周期量增加至MAX_PD，即对应的35kHz时，同时死区达到最小时，软启动结束，状态机跳转至运行状态。

软启动程序流程图

2.3.4 正常运行状态

函数名：void StateMRun (void)
该状态机内程序不处理任何内容，环路运行和各种保护通过中断函数处理

2.3.5 故障状态

函数名：void StateMErr (void)
当模块发生故障或需要保护时，如过压过流或过温保护等时，模块进入保护状态，关闭PWM和Burst功能，待故障清除后跳转至等待状态重新启动。

2.4 环路设计

2.4.1 环路架构

模块环路具有电流环和电压环两个环路，两个环路为内外环模式（电压环为快速环路，电流环为慢速环路）。正常在限流值范围内，电压环为主要工作环路，电流环为饱和输出状态（即电流环输出为零），电压环路的参考电压值为恒定值；当输出电流大于限流值时，电流环路开始动作，电流环路输出正量，通过去减小电压环路参考电压的方式，使输出电压降低，电流下降。

环路结构

2.4.2 Burst控制

函数名：BurstCtl ()
当模块输出等效负载太轻，LLC工作于最高频率输出依然不能达到参考设定的电流和电压，控制环路进入Burst控制模式。即当LLC控制频率率大于设定的最高频率时，关闭PWM；当小于最高频率时，重新打开PWM。
Burst控制程序流程图

2.5 故障和保护设计

2.5.1 谐振电流保护

函数名：HwOpp ()
当输出短路、突加大负载、会造成模块原边谐振电流瞬间快速增大。为防止瞬间增大的原边电流对功率半导体的电流击穿或瞬态结温过热，立即关闭PWM抑制原边电流快速增大。谐振电流保护采用控制器自身内设比较器设计，原边电流送进内设比较器的正输入端，控制器内部DAC产生比较器的负端比较参考值。当原边电流过大达到DAC设定的参考电压时，内设比较器输出发生翻转，该信号瞬间快速触发PWM的Tz（one shot）端，立即关闭PWM，Tz标志位置位。

2.5.2 过压保护

函数名：SwOVP ()
当检测到输出电压大于30.8V，且连续保持100ms，则判断为输出过压，关闭PWM和Burst功能，同时过压标志位置位，状态机跳转至故障状态。

2.5.3 过流保护

函数名：SwOCP()
当检测到输出电流大于4.5A，且连续保持500ms，则判断为输出过流，关闭PWM和Burst功能，同时过流标志位置位，状态机跳转至故障状态。当检测到过流标志位置位后（发生过流保护后），程序等待4秒后，清除过流状态位，等待重新启动。当连续发生10次过流重启失败后，判断为输出侧严重故障，禁止清除标志位，禁止再次重启。

2.5.4 欠压保护

函数名：SwUVP ()
LLC正处于正常运行状态，当检测到输出电压小于10.8V，且连续保持100ms，则判断为输出欠压，关闭PWM和Burst功能，同时欠压保护标志位置位，状态机跳转至故障状态。
2.6 状态显示灯设计
状态显示描述如下：
绿灯 黄灯 红灯 状态描述
灭 灭 灭 机器掉电
亮 亮 亮 初始化状态/等待状态
亮 亮 灭 软启动过程
亮 灭 灭 正常运行状态
灭 灭 亮 故障或保护状态

3. LLC软件设计计算书

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