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LLC 从Mathcad理论计算 到PSpice仿真分析 再到实验测试验证

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ckj_ck
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  • 2016-5-4 17:19:30
LLC 从Mathcad理论计算 到PSpice仿真分析 再到试验测试验证。

LLC with 23.5V-29.1V Input and 12V1A Output


关于磁芯的理论计算与选型,见下帖
LLC 从Mathcad理论计算 到PSpice仿真分析 再到实验测试验证 PartII
http://bbs.21dianyuan.com/forum. ... 0259&fromuid=307546


关于实际原理图绘制和PCB布板,见下帖
LLC 从Mathcad理论计算 到PSpice仿真分析 再到实验测试验证 PartIII
http://bbs.21dianyuan.com/forum.php?mod=viewthread&tid=240342&fromuid=307546

关于实物制作与测试(变压器,互感器,电感,MOS驱动变压器的制作,以及实测波形),见下帖
LLC 从Mathcad理论计算 到PSpice仿真分析 再到实验测试验证 PartIV
http://bbs.21dianyuan.com/forum.php?mod=viewthread&tid=241140&fromuid=307546

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LLC Mathcad 理论计算分界线
注:此贴将在1~2个月内陆续更新完成所有procedure,于2016-05-04先做个开头。


1.jpg

2.jpg

3.jpg

4.jpg

5.jpg

6.jpg

7.jpg

8.jpg

9.jpg

因为输入低压,导致n很小只有1,使得Re很小,从而导致理论计算所需的Lm比我们常见的都小很多,Cr比我们常见的都大很多……
不过300多nF的Cr 金属化聚丙烯薄膜电容器 很好选,见下图

22.jpg



对于主功率变压器和Lr谐振电感磁芯的选取,见请2楼
对于Controller周边器件参数的计算,见请11楼

LLC磁芯选取理论计算,请看此贴http://bbs.21dianyuan.com/forum. ... 0259&fromuid=307546
LLC 从Mathcad理论计算 到PSpice仿真分析 再到实验测试验证 PartII

LLC Mathcad 理论计算分界线
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LLC PSpice仿真 分界线






请看12楼,15楼,16楼,17楼,18楼,19楼,26楼,
此处内容有待更新






LLC PSpice仿真 分界线
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LLC 实验验证 分界线







此处内容有待更新
鉴于此贴内容已经较多,实测将另开一贴。







LLC 实验验证 分界线
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Mathcad Prime 3.1计算源文件以及pdf
源文件 LLC with 23.5V-29.1V Input and 12V1A Output, Version 2016-07-05.rar (201.24 KB, 下载次数: 1137)
ckj_ck
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  • 2016-5-4 17:38:37
 
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现苦于选择变压器电感所用磁芯,以下是论坛ID:maileyang的回复,帮了很大的忙,在此感谢。
电感和变压器好说,先选好磁芯 然后根据安培定律算出匝数,然后磨气息就好了。
理论是磁芯的相对磁导率和实际是肯定有区别的,
气隙的精度,看变压器工程的研磨水平。
一般变压器我们要求供应商电感量做到正负7%
谐振电感Lr,7uH的话,一般EE16 19,这样的小磁芯,就行了。

为什么在谐振电感的应用中不能选磁环?
回答:并没有不可以。相反在大功率应用中,用磁环做谐振电感反而更加可靠。
为什么呢,因为我们知道在谐振应用中在启机和短路等极限状态时,流过谐振电感的电流比正常工作要大10或更大。
用铁硅铝,高磁通 MPP等材质的磁环,由于其气息均匀分布,其饱和磁通最大可到1.5T。所以谐振电感不必担心进入饱和状态,引起炸鸡的风险。
当然,磁粉芯类的材质在磁芯耗损上要远大于铁氧体。我们知道,磁芯耗损有几个变量, dB f 和材质特性,这里叫P。
同样的 dB f 材质系数P ,铁氧体的损耗要远低于 磁粉芯或铁硅铝。
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33.png
从上图可见,峰值磁通密度,频率,都是选磁芯的决定因素。(图片来自于Switching Power Supply Design, Third Edition, Abraham I. Pressman)

并且对于的铁氧体磁芯来说,50kHz以上的话,一定要选用最小磁芯损耗的磁芯。原话见下图,同样是出自pressman这本书
111.jpg
222.jpg








本帖最后由 ckj_ck 于 2016-5-4 19:57 编辑

maileyang
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副总工程师
  • 2016-5-4 18:23:29
 
楼主真的是很厉害,长江后浪推前浪。,期待大作!
ckj_ck
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副总工程师
  • 2016-5-4 18:32:04
 
多谢多谢,大作万万不敢当,第一次做LLC,必定献丑有余,还望老杨和论坛里的其它大牛们多多指点
gaohq
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副总工程师
  • 2016-5-4 23:15:07
 
可否直接把MatchCAD文件传上来?
ckj_ck
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副总工程师
  • 2016-5-5 09:34:07
 
如有需要,可邮件发你,因为一直在勘误,怕仍有小错误,误人子弟,所以暂不公开。
等到结贴的时候,再公开
aa20897
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实习版主
  • 2016-7-5 22:50:16
 
楼主能否发MAthcad文件一个看看?1745063479@qq.com
谢谢啦!
ckj_ck
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  • 2016-7-5 23:51:17
 
已共享,在1楼
DDqc2015
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高级工程师
  • 2016-9-28 14:09:54
 
大神,你用的mathcad是什么版本,我用mathcad15打不开
ThaisenRen
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高级工程师
  • 2017-4-7 10:44:45
 
现在有新进展了么
liu118
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初级工程师
  • 2016-5-5 09:48:37
 
非常不错,期待后面的了
暴走的毕小黑
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高级工程师
  • 2016-5-5 10:57:11
 
看好楼主,持续关注
cnpower
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高级工程师
  • 2016-5-10 23:00:13
 
在此赞过。CKJ最后谐振磁芯纠结选Ei磁芯还是铁硅铝磁环呀
ckj_ck
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副总工程师
  • 2016-5-10 23:22:51
 
明天看看ee16,ee19的参数,先把这个主变压器的磁心给定了。然后再去决定谐振电感和驱动变压器的磁心。
还望大侠给点建议哈
剪线尾的
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高级工程师
  • 2016-6-14 14:01:53
 
楼主 你好 MATHCAD的文件能不能分享 最近也在学LLC 帖子写的很好 想好好学学
AK47SH
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本网技师
  • 2018-3-8 13:51:47
 
大哥你好,能否把仿真的那些波形图打包分享一下呢?毕业论文需要用到,自己又不会仿真。
fengyun75
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LV2
本网技师
  • 2019-3-14 22:26:31
  • 倒数9
 
thanks for your sharing
eric.wentx
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版主
  • 2016-5-5 15:56:40
 
慢慢做,不急!
ckj_ck
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副总工程师
  • 2016-5-5 18:11:53
 
好的,慢工出细活
ckj_ck
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副总工程师
  • 2016-5-6 12:29:38
 
以下为 对于Controller周边器件参数的计算

C1.jpg

C2.jpg

C3.jpg 本帖最后由 ckj_ck 于 2016-5-6 12:55 编辑

malingfu
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助理工程师
  • 2016-5-15 20:37:49
 

对ZVS的实现条件有疑问,在欠谐振和谐振点都这么算是没问题的,我看你是用最大频率,负载最轻的时候算的, 确实这个点也是最难满足软开关的,但这个时候两个电容上的能量转移电流就不对了,死区的时候谐振电流是大于励磁电流的,不知道你有什么见解
ckj_ck
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副总工程师
  • 2016-5-15 20:57:30
 
以下仅代表个人见解,如有错误,请不吝指出。

1、在f大于谐振频率的时候,死区时间里,谐振电流是大于励磁电流,so what?这并不会影响ZVS,原因见第3点,这只会影响到副边二极管没法ZCS而已。
2、我觉得,不管是励磁电流,还是谐振电流,只要能够从电容里面抽电的,就是好电流,所以应该加起来算,讨论其中一个没有意义。
3、这里实现ZVS的核心,是在于死区时间内,这个总的环路电流对ds结电容进行抽电至0,然后维持,并且结二极管正偏导通,在此后再进行开通,从而实现ZVS。所以这个抽电的电流,应该是总的一个电流,就是从我下文仿真图形中可以看得出的那个电流的平的地方的那个值,那么考虑在noload的时候,此时最难实现ZVS,这个时候去算原边的电流值,不就是我给出的那个公式么?因为负载电阻无穷大了,变换到左侧也仍旧是开路的,此时,开关频率最大,再把等效到原边的Voe求出来,从而就是我那个公式Im_min的公式。
4、不过这里要注意一点的就是,因为此时开关频率已经是最大的了,偏离谐振频率有点远,所以这个通过FHA模型算出来的Voe肯定是没那么准的了,有的情况下还会有比较大的偏差,那么利用它来算这个电流当然也是会有同样的偏差,但是,你从我的ZVS的校验结果来看,这点偏差,对于这数量级差别的能量,是可以忽略不计了,所以就算是这种情况下,也还是有指导意义的。当然,能量掐的比较紧的情况,就不行了。 本帖最后由 ckj_ck 于 2016-5-15 22:12 编辑

malingfu
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助理工程师
  • 2016-5-15 21:05:54
 
还是感觉有问题,总的电流是什么意思,谐振电流是包含励磁电流的,如果你说是总的,那就是谐振电流呀,实际设计,尤其是宽范围输出的时候,不会让PFM一直调到空载去的,所以一般是10%负载去计算软开关能否实现,这个时候就不能拿励磁电流当作转移电流去计算了吧
malingfu
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助理工程师
  • 2016-5-15 21:33:19
 
第二点说的有点问题,不应该是合起来算,就是励磁电流实现的软开关,谐振电流多的那部分谐振电感的能量在轻载时是转移到副边的
ckj_ck
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副总工程师
  • 2016-5-15 22:08:33
 
对的,总的就是谐振电流,我的第二点意思说的有点不对,不是说要加起来算,而是说,不能够减掉励磁电流来算。
而是要算总的(也即谐振电流)
本帖最后由 ckj_ck 于 2016-5-15 22:10 编辑

ckj_ck
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副总工程师
  • 2016-5-16 13:55:28
 
就算是按照你说的,不空载,10%load,但是你要想,励磁电流肯定比你那个10%load情况下的总电流(谐振电流)小吧?
那么这个小电流情况都满足了,你的10%负载岂不是轻轻加松松
ckj_ck
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  • 2016-5-6 13:32:08
 
LLC PSpice仿真

S1.jpg

S2.jpg

S3.jpg

虽说输出是准确稳定在12V,说好的谐振电流呢?说好的软开关……?怎么只剩下励磁电流了……还望论坛大牛们看到的话,指点一二。
这个问题解决了,加长了仿真时间到10ms就好了,谐振起来了,见下图:

S4.jpg

S5.jpg

但是输出电压却下降到只有7.3V了,有可能是Mg不足??但是计算时给足的,我再看看。
正在加长仿真时间,我想有可能是反馈还还没来得及调整好,以及输出可能还没来得及regulated。

下图为加长仿真时间后的情况,
S6.jpg
看来有可能是保护方面老是被误触发?使得输出降低,将断开处放大观察,见下图:
S7.jpg

S8.jpg

下接15楼


最终调试完毕的仿真源文件(仿真环境为PSpice16.6):
LLC_UCC25600_24VIN_Jankel.rar (44.57 KB, 下载次数: 141)
ckj_ck
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  • 2016-5-10 13:23:11
 
上接12楼,
观察IC的左侧4个脚的电压
s9.png

s10.png
显然,SS脚还没到达稳态值4V,电源就又重启了。此处有误。
那么,看一下OC脚吧,很明显问题就在于电源的过流保护配置了,OC脚到达了1V

流进ICRT脚的电流(即负值表示流出)
s11.png

问题找到了,就是过流保护配置不正确,那么接下来,理所应当的就是去检查原边电流了。
s12.png
从波形中可以看出,第四栏波形中的蓝色波形即为原边电流,峰值有3.16A,明显高于了理论值2.319A太多。故接下来检查理论计算是否哪里出错了。
s13.png

本帖最后由 ckj_ck 于 2016-5-10 15:04 编辑

ckj_ck
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  • 2016-5-10 19:56:54
 
经检查,确定错误在于原理图输入参数的时候,n=1错误输入成n:0.5:0.5了,其实应该是n:1:1。改过来后,波形如下:
s14.png

s15.png

从下图中的第一栏黄色波形(OC电压)可以看出,此刻过流停机,所以接下来进行了软启动,非常消耗仿真时间,故需要设法消去这个现象,加快仿真稳定速度。
s16.png

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  • 2016-5-10 19:57:40
 
考虑到我计算时,只是按照可能的最大电流来进行过流保护的,并没有加入裕量,故现加入裕量进行重新计算过流检测电路的元器件参数。(好像Datasheet上给出的计算式已经加进了裕量,故实际无需再加裕量了,此措施只是针对仿真的,给仿真加的额外的裕量而已)
方案:将过流检测用的Rp(即R27)取成计算值的1/3(实际无需,此措施只是针对仿真的)
因为实际中肯定是软起动的,所以正常情况下原边电流是不会触发电流保护的。就算如果真有那么一点点触发了,则需要依据实际情况去判定减小Rp
注:仿真,一定要清楚,哪些只是为了方便仿真的,对于实际应用是没有意义的。
比如:因为为了加快仿真稳定速度,所以
1、输出电压初始值给在了12V这个最终值,而其实实际上应该是0~12V增加的,所以对于稳定前的那些奇怪的波形,是没有参考意义的。
2、SS脚电压初始值给在了5V这个最终值,而其实实际上应该是0~5V增加的,并且需要一个软启动的时间才能达到稳态值4V,按照我的参数设计则为25ms,所以为了加快仿真速度,所以就直接设置SS脚的初始电压为5V,从而跳过软起动。
软起动的示意图如下图所示:
s17.png

ckj_ck
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  • 2016-5-10 20:10:13
 
修改后,波形如下,非常棒。

s18.png

s19.png

ckj_ck
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  • 2016-5-10 22:32:45
 
对输入输出condition进行测试

输入电压max29.1VRL=12R,即Iout=1A
io1.png

io2.png

输入电压min23.5VRL=12R,即Iout=1A
io3.png

io4.png

Worst Case Analysis
即输入电压min23.5V;带载max110% OverloadRL=12R/1.1,即Iout=1.1A此刻对应最小开关频率。
io5.png

io6.png
测得仿真出来约f=86kHz,与理论计算的fmin=64.5kHz有差距。

本帖最后由 ckj_ck 于 2016-5-12 12:55 编辑

tornadojie
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  • 2016-5-11 16:16:17
 
这个PSPICE是哪个版本的啊?好像跟我用的不一样?还有主控芯片的建模怎么弄啊?
ckj_ck
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  • 2016-5-11 16:39:01
 
PSPICE 16.6,
主控芯片无需建模,直接用的TI的,如果想知道LLC主控芯片怎么建模,可以看杨大师(ID:maileyang)的一篇LLC建模的帖子,写的很好,而且带有他的pspice文件
ckj_ck
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副总工程师
  • 2016-5-12 12:53:51
 
Vin=Vin_max=29.5V, noload, corresponding theoretical freq is fmax=135kHz
下图为输出电容正在充电的时候,故此时需要负载电流,谐振电流占初级侧电流绝大部分。

io7.png

随着时间的推移,输出电容所需电流越来越小,则谐振电流占初级侧电流的比重逐渐下降。
io8.png

最终,输出电容基本达到了稳态值,故基本无需电流,以至于初级绕组几乎以励磁电流为主。
io9.png
测得仿真出来约f=153kHz,与理论计算的fmin=135kHz有差距。

zfy张小凡
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本网技工
  • 2017-3-29 16:57:49
 
楼主请问 励磁电感在仿真如何搭建? 是直接利用耦合变压器吗,那已知励磁电感的理论值,在仿真变压器中值应为多少呢,需要做变换吗?

岁月小弟
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本网技工
  • 2017-7-6 11:13:01
 
12楼的电路图还是有问题的,没更改过来吧
ckj_ck
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  • 2017-7-6 22:10:09
 
见15~18楼
岁月小弟
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本网技工
  • 2017-9-16 13:02:43
 
好的,谢谢提醒!
yuto123
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助理工程师
  • 2018-11-30 17:09:27
 
学习了,辛苦
hutu2174
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本网技师
  • 2019-4-8 22:07:11
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感谢分享
litao0123
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本网技工
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66666666666666
site-is-rubbish
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高级工程师
  • 2016-5-6 16:44:17
 
这个mathcad是哪个版本的?感觉字体挺好看的,排版也很清楚
ckj_ck
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  • 2016-5-6 17:18:20
 
prime 3.1
0796hezhilong
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高级工程师
  • 2016-5-10 22:38:28
 
这么好的帖怎么没多少人跟呢?大家对LLC都疲了么?
zyzoops
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高级工程师
  • 2016-5-12 10:34:48
 
围观曹博士的LLC
1172liu
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初级工程师
  • 2016-5-13 15:13:43
 
好贴,跟随学习中。
ckj_ck
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  • 2016-5-14 17:31:12
 
关于LLC磁芯的选取的理论计算,往这里看

http://bbs.21dianyuan.com/forum. ... 0259&fromuid=307546
本帖最后由 ckj_ck 于 2016-5-14 17:32 编辑

剪线尾的
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高级工程师
  • 2016-7-6 08:10:46
 
LZ 你仿真有时候有没有遇到不收敛的问题啊,, 是不是有什么特别设置,, 一直不收敛 - -!!
DDqc2015
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高级工程师
  • 2016-9-27 10:54:30
 
16.6版本有个自动收敛的功能,选择这个选型是不会再报错不收敛,但是仿真变得好慢,仿一次四五个小时应该很不正常吧,你是怎么解决的
ckj_ck
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副总工程师
  • 2016-10-10 22:32:48
 
4,5个小时,那就是仿真设置不对了,
一般仿真时间简单的电路控制在1s,复杂的,半分钟,顶多像PFC,高PF电源那种,要仿真好几百ms的,要几分钟。

ckj_ck
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副总工程师
  • 2016-10-10 22:35:18
 
一般情况下,不需要勾选自动收敛,毕竟自动收敛后,肯定会加长仿真时间的,因为一些迭代的次数以及其他东西,比如精度什么的,肯定自动变掉了,不仅仿真时间变了,连你仿真出来的东西的精度也变了,而且还不怎么清楚怎么变得,虽然一般没多大影响。

不过还是建议,能不打开自动收敛,尽量不打开把

实在没办法,再去用自动收敛。


ckj_ck
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副总工程师
  • 2016-10-10 22:35:58
 
默认的有些仿真设置的精度有点高了,可以适当调低的,优化收敛性。
ailuer_shijidianyuan
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副总工程师
  • 2016-5-14 17:31:35
 
LLC的分界线怎么求?

ckj_ck
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副总工程师
  • 2016-5-14 23:01:06
 
求出谐振回路阻抗,然后让虚数部分等于0即可,但是,我求过,表达式及其难求,想要画出那条曲线,得费很大功夫,因为要求很多很多个负载情况下的那一个点的位置,然后练成线,不知道有没有更好的办法
echo55555
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高级工程师
  • 2016-5-15 09:15:37
 
很全的资料啊,很感谢啊!学习了!
ckj_ck
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副总工程师
  • 2016-5-21 20:56:37
 
对于第8步计算的最后一行,虽然计算结果没错,但是计算过程采取以下更加容易理解的更正

10.jpg
DDqc2015
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高级工程师
  • 2016-9-22 15:31:53
 
我在官网下载的UCC25600模型,仿真时出现错误,提示
ERROR(ORPSIM-15108): Subcircuit UCC25600_TRANS used by X_U1 is undefined

该怎么解决啊楼主大大


ckj_ck
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副总工程师
  • 2016-9-24 14:18:02
 
不清楚,我也是直接官网下载的,我能用啊,没问题。你试试看我的

UCC25600_TRANS.rar (13.96 KB, 下载次数: 352)
DDqc2015
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LV6
高级工程师
  • 2016-9-27 11:00:09
 
这个问题我解决了,加UCC25600.lib加到Library就可以了。大神,我还有一个问题,仿真不收敛时我选择自动收敛,瞬态模式仿真0.1s要四五个小时,出来的波形也不理想,这是什么原因?怎么提高仿真速度,是不是有什么参数设置的不对啊
DDqc2015
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高级工程师
  • 2016-9-29 16:21:11
 
我照着你的仿真模型建模,不知道为什么副边输出电压才21mV?大师,能不能帮忙看看问题出在哪
QQ图片20160929110404.jpg
QQ图片20160929110411.png
ckj_ck
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副总工程师
  • 2016-10-10 22:37:26
 
不清楚,你再琢磨琢磨哈,对着我的那篇LLC仿真的帖子,我记得是第一篇
ckj_ck
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LV8
副总工程师
  • 2016-10-10 22:38:31
 
看了下,就是这篇帖子,你好好看一下,最近比较忙,没时间帮你看了。。
DDqc2015
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LV6
高级工程师
  • 2016-10-14 22:39:46
 
大师,你什么时候有空,可以加个QQ吗?635552252,真心求教,输出电压才几mv,不知道哪里出错了
titanxxx
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助理工程师
  • 2019-3-29 15:43:38
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请问问题解决了吗,LLC电路下面接入的OC是什么电压
rensheng
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高级工程师
  • 2016-6-2 08:48:47
 
好贴,这个必须顶,
caijiantai
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高级工程师
  • 2016-6-2 12:45:19
 
先点赞,再学习
slslsl651
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LV6
高级工程师
  • 2016-7-6 09:05:32
 
好专业,表示目前看不懂,先打个印记先
leesirleesir
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高级工程师
  • 2016-10-15 08:51:07
 
好,不错,学习一下
SkyCode
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LV6
高级工程师
  • 2017-3-30 17:22:26
 
大神的支持一下
parry_2000
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LV8
副总工程师
  • 2017-7-18 10:36:53
 
学习,支持
朴华
  • 朴华
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LV8
副总工程师
  • 2017-9-6 12:48:12
 
不错,正在找这方面的资料,多谢了
jueshixiansheng
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LV4
初级工程师
  • 2017-12-15 10:25:36
 
大师可以加个QQ不 有些问题想请教您 641344095
卡卡西柒
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助理工程师
  • 2018-12-18 20:44:10
 
一直想要这样的仿真
sdfsfsd
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本网技工
  • 2018-12-31 10:14:24
 
好贴
hxz0796
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本网技师
  • 2019-1-19 15:57:02
 
正在学习LLC,楼主的资料太需要了。
kane
  • kane
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高级工程师
  • 2019-2-27 11:40:36
  • 倒数10
 
好贴 值得收藏
简减
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本网技师
  • 2019-4-1 16:29:40
  • 倒数7
 
没做过LLC,进来学习一下。感谢分享!
xue111000536
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LV3
助理工程师
  • 2019-4-1 19:38:13
  • 倒数6
 
谢谢楼主,看看学习下
chybzhq14
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助理工程师
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感谢分享
vail_zhang
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本网技师
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