諧振控制器和PFC控制器簡介

1. 簡介

　　現代電子設備功能越來越多。比如計算機性能不斷提升，電視屏幕越來越大。但是，增加設備功能通常會帶來高功耗，不利于環(huán)境保護。提高電源效率是降低功耗的方法之一。諧振拓撲具有較高效率，很多大功率消費電子產品和計算機都采用了這種電源拓撲，比如：液晶電視、等離子電視和筆記本電腦適配器。恩智浦專業(yè)諧振控制器可以幫助設計人員打造出高效的諧振電源。恩智浦除在提高能效方面下功夫外，還特別重視電源解決方案的可靠性。本文介紹了恩智浦最新的諧振控制器產品：TEA1713和TEA1613。這兩款器件采用了相同的新一代半橋諧振控制器，而TEA1713諧振控制器還集成了功率因數校正(PFC)控制器。

　　2. 半橋LLC諧振轉換器

　　2.1 半橋諧振轉換器拓撲簡介

　　圖1：諧振拓撲

　　諧振轉換器由直流高壓電源(升壓)供電，直流電源通常由前置PFC轉換器部分產生。諧振回路(或LLC回路)由電容器Cr和帶Lr(漏電感)和Lp(勵磁電感)的變壓器組成，由2個高壓MOSFET器件驅動。半橋控制器(HBC)交替驅動兩個MOSFET。電流大小由工作頻率決定。二次側高頻交流電壓通過整流和濾波獲得直流輸出電壓(Vout)。

　　2.2 自適應死區(qū)時間控制

　　由于MOSFET器件能夠實現軟開關，也稱為零電壓開關(ZVS)，這就為諧振轉換器實現高效工作提供了可能。如果兩個MOSFET開關動作之間有足夠長的死區(qū)時間，半橋電壓(HB節(jié)點)可以完全上升或下降，MOSFET即能實現零電壓開關。通過這種方式可以最大程度降低開關損耗。

　　在半橋斜坡(上升沿/下降沿)結束后，一次側電流會流過MOSFET內較高阻抗的體二極管，直至MOSFET器件打開。因此，死區(qū)時間太長會造成導通損失。

　　半橋斜坡速度以及死區(qū)時間取決于頻率、輸出負載、輸入和輸出電壓。采用固定死區(qū)時間的控制器，死區(qū)時間無論是內部固定還是外部可配置的，電源設計人員難于找到合適的值。

　　恩智浦新一代諧振控制器實現了真正的逐周期自適應死區(qū)時間控制。HBC控制器先進的電路可以偵測到半橋斜坡結束點，確保在最佳時機開通MOSFET，實現真正的無損切換。參見圖2，最大程度減少體二極管導通時間的同時實現軟開關。自適用死區(qū)時間功能簡化了諧振電源設計，最大程度提高了電源效率。

　　圖2：自適應死區(qū)時間

　　2.3 諧振轉換器優(yōu)化啟動

　　2.3.1 軟啟動平衡

　　諧振轉換器以高頻啟動，確保起始電流在安全范圍內。隨后開始掃頻，頻率逐步降低，直至達到正常工作頻率。這一過程即為軟啟動。軟啟動掃描速度是折衷平衡的結果：

　　· 一方面，軟啟動應盡可能快，以便迅速達到設定的輸出電壓。在很多諧振電源設計中，控制器還通過緩沖電容器由諧振變壓器供電。變壓器輸出電壓的速度越快，所需緩沖電容充電量就越小，有利于降低緩沖電容規(guī)格。

　　· 另一方面，軟啟動頻率掃描應盡可能慢，以避免過大的浪涌電流。浪涌電流幅度取決于輸入電壓、軟啟動掃頻速度以及與負載相關的輸出電壓上升情況，因此在實際操作中很難預測。電源設計人員必須選擇最慢的掃頻速度，以適應最大負載時的最壞情況。

　　恩智浦諧振控制器TEA1713和TEA1613具有多重功能，可以在各種啟動條件下實現快速、安全、可控啟動。

　　2.3.2 雙速軟啟動機制

　　對于掃頻的前半部分，由于電流大小受頻率影響不大，雙速軟啟動機制的掃頻速度要比正常掃頻速度快4倍。前半部分快速描頻可以縮短頻率下降過程，減少啟動時間。

　　當頻率下降接近工作頻率時，由于靠近諧振頻率，電流對頻率變化敏感度提高，電流增速也相應提高。減慢后半部分掃頻速度可以控制電流和輸出電壓過沖。

　　2.3.3 感應交流電流實現過流調整

　　高的浪涌電流會對地產生干擾，或者需要增加功率MOSFET器件/整流二極管的額定電流值。通過過流調節(jié)(OCR)將電流限制在用戶設定的安全范圍，可以解決這一問題。

　　OCR可以檢測出一次側諧振電流，如果該電流超過用戶設定的電流值，則增大頻率。利用這一功能，電源設計人員可以根據典型應用條件選擇快速軟啟動速度。對于特殊條件，比如滿載啟動，OCR通過減慢掃頻速度可將電流限制在安全范圍。

　　OCR通過雙速軟啟動機制控制來頻率，作為兩種有效手段之一，通過這種方法更容易實現穩(wěn)定的電流調節(jié)。圖3給出了啟動期間輸出電壓上升期OCR被激活示例。

　　圖3：啟動電流調節(jié)