用混合滞环控制（Hybrid Hysteretic Control，HHC）改善 LLC 变换器瞬态响应的应用报告

瞬态响应是电源变换器设计中的一项关键性能指标，它描述了变换器对负载电流突然变化的响应情况。该指标对于满足动态负载条件下的电压调节要求十分重要，而且通常需要大容量输出电容来限制输出电压偏差。瞬态响应取决于变换器的环路响应，其中带宽和相位裕度会影响变换器对瞬态事件的响应速度以及输出电压的稳定时间特性。LLC 变换器中所采用的传统频率控制方法难以进行补偿，且带宽有限。一种创新的控制方法 —— 混合滞环控制（HHC），通过将 LLC 功率级简化为单极点系统，提供了卓越的瞬态性能，该系统更易于补偿并能实现更高的带宽。这种控制策略通过尽量减少满足给定电压调节要求所需的大容量输出电容的数量，为系统带来益处，从而能够减少物料清单数量并缩小解决方案尺寸。

该文档是德州仪器（Texas Instruments）关于使用混合滞环控制（Hybrid Hysteretic Control，HHC）改善 LLC 变换器瞬态响应的应用报告，主要内容包括：
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1. 引言 ：介绍了瞬态响应在电源设计中的重要性，以及分析瞬态响应时需考虑的因素，如输出电压最大偏差、恢复时间和稳定行为。
2. 瞬态响应的重要性 ：阐述了良好瞬态响应对电源设计的关键作用，包括维持输出电压在规定范围内、避免设备故障，以及其与控制环路带宽、相位裕度和输出电容的关系。
3. 直接频率控制与混合滞环控制对比
   • 直接频率控制（DFC） ：是 LLC 谐振变换器的传统控制方法，其开关频率由电压环输出直接决定，但补偿困难，因调制器传递函数复杂且依赖工作点，优化补偿需复杂计算建模和实验。
   • 混合滞环控制（HHC） ：在 UCC25640x 中实现，结合频率和电荷控制。通过电容分压采样谐振电容电压，与逻辑阈值比较控制开关，简化功率级为一阶系统，易补偿且可实现高带宽，具有输入前馈特性，输入线瞬态响应好。
4. 瞬态响应对比
   • DFC 环路响应与瞬态响应 ：DFC 控制的 LLC 变换器带宽 1.75kHz、相位裕度 60°，虽相位裕度好但带宽低，对瞬态事件反应慢。输出电流从空载到满载时，输出电压偏差超 20%，恢复到规定值需超 2ms。
   • HHC 环路响应与瞬态响应 ：HHC 控制的 LLC 变换器带宽 6kHz、相位裕度 50°，带宽高反应快。输出电流从空载到满载时，输出电压最大偏差 1.25%，200µs 内恢复到规定值。HHC 改善了瞬态性能，减少了输出电容需求，利于优化 LLC 设计，降低物料清单成本和解决方案尺寸。

该报告为电源设计工程师提供了改善 LLC 变换器瞬态响应的有效方法，通过对比不同控制方式，展示了混合滞环控制的优势，有助于提高电源系统性能。

审核编辑 黄宇