滿足高性能和功效要求的單芯片CCM PFC及LLC組合控制器

滿足高性能和功效要求的單芯片CCM PFC及LLC組合控制器

　　計(jì)算機(jī)、服務(wù)器及平板電視向來(lái)是能效規(guī)范機(jī)構(gòu)的重要目標(biāo)，這些設(shè)備必須在滿足高性能的同時(shí)符合最新能效要求。安森美半導(dǎo)體身為領(lǐng)先廠商，一直致力于推出符合最新能效規(guī)范的電源控制器。本文將介紹安森美半導(dǎo)體應(yīng)用于計(jì)算機(jī)ATX電源及平板電視的高能效、高性能功率因數(shù)校正(PFC)及半橋諧振雙電感加單電容(LLC)組合控制器NCP1910的主要特性及電源段的應(yīng)用設(shè)計(jì)要點(diǎn)，幫助工程師更好地采用NCP1910進(jìn)行相關(guān)的電源設(shè)計(jì)。

現(xiàn)有方案及存在的問(wèn)題
　　用于上述電源設(shè)計(jì)的現(xiàn)有方案存在的最大問(wèn)題是元器件數(shù)量太多，首先必須要有帶主電源輸入欠壓(LBO)保護(hù)功能的PFC控制器，還要有帶輸入欠壓(BO)保護(hù)及閂鎖功能的LLC控制器；用于處理“功率良好”(PG)信號(hào)的比較器，以及用于感測(cè)的額外電路也必不可少。此外，為了實(shí)現(xiàn)次級(jí)端過(guò)壓保護(hù)(OVP)，需要可控硅整流器(SCR)、比較器及感測(cè)電路；為了提供LLC短路保護(hù)(SCP)并兼顧PFC工作異常狀況，還需要其他一些元件。如果能在一個(gè)單芯片中結(jié)合所有功能，實(shí)現(xiàn)一種組合控制器就可以使這些問(wèn)題迎刃而解。

高性能CCM PFC及LLC組合控制器的優(yōu)勢(shì)
　　安森美半導(dǎo)體推出的NCP1910在單芯片中結(jié)合了PFC和LLC控制器，集成了這兩個(gè)轉(zhuǎn)換器所需的全部信號(hào)交換(handshaking)功能，既可提高可靠性，又可支持更簡(jiǎn)單、更高密度的設(shè)計(jì)。NCP1910采用SOIC-24封裝，適用于高功率的ATX、一體機(jī)(all-in-one)及服務(wù)器、平板電視電源。
　　
　　圖1是采用NCP1910的典型應(yīng)用電路圖共用電路，它包括遠(yuǎn)程PFC段、LLC段，以及實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通/關(guān)閉、功率良好(PG)等的共用電路。
　　
　　

　　圖1：采用NCP1910的典型應(yīng)用電路圖

　　PFC段具有以下一些特性：
　　·固定頻率連續(xù)導(dǎo)電模式(CCM) PFC可提供65kHz,100 kHz、133 kHz及200 kHz選擇；
　　·可編程過(guò)流閾值提供優(yōu)化的感測(cè)電阻；
　　·過(guò)功率限制可根據(jù)平均輸入電壓限制電流；
　　·PFC異常保護(hù)，可以在出現(xiàn)PFC異常的情況下，器件停止工作，即使輸入為高線路電壓；
　　·欠壓保護(hù)可避免反饋網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)錯(cuò)誤連接的情況下受損；
　　·快速瞬態(tài)響應(yīng)旨在維持Vbulk穩(wěn)壓：
　　--過(guò)壓保護(hù)可自動(dòng)恢復(fù)OVP閾值(穩(wěn)壓電平的105%)；
　　--動(dòng)態(tài)響應(yīng)增強(qiáng)器可在Vbulk降至低于其穩(wěn)壓電平的95%時(shí)，使用其內(nèi)部200 ?A電流源來(lái)加快穩(wěn)壓環(huán)路速度；
　　·冗余OVP(OVP2)使用專用引腳來(lái)閂鎖Vbulk OVP；
　　·可調(diào)節(jié)線路輸入欠壓帶50 ms消隱時(shí)間(blank time)，避免在低輸入電壓時(shí)受損；
　　·Vin2前饋可優(yōu)化功率因數(shù)；
　　·Power Boost可在極端線路瞬態(tài)條件下調(diào)節(jié)Vbulk(如264 Vac→90 Vac)；
　　·可調(diào)節(jié)頻率反走提升輕載能效；
　　·軟啟動(dòng)；
　　·圖騰柱(Totem Pole)驅(qū)動(dòng)能力為±1.0 A門驅(qū)動(dòng)器。
　　
　　LLC段具有以下一些特性：
　　·25 kHz至500 kHz的寬工作頻率范圍；
　　·板上固定死區(qū)時(shí)間為300 ns，可避免shot-through；
　　·在軟啟動(dòng)或重啟時(shí)，專用引腳將SS電容放電至地，從而提供平順的輸出電壓上升；在LLC被CS/FF引腳(> 1V)或BO功能關(guān)閉時(shí)，SS引腳給CSS放電，并提供純粹的軟啟動(dòng)；
　　·高壓驅(qū)動(dòng)器門驅(qū)動(dòng)器為+ 0.5 A -1.0 A；
　　·雙故障保護(hù)電平位于CS/FF引腳：
--CS/FF > 1 V：LLC轉(zhuǎn)換器立即通過(guò)將CSS接地來(lái)增加開(kāi)關(guān)頻率。這是一種自動(dòng)恢復(fù)保護(hù)模式；
--CS/FF > 1.5 V：當(dāng)故障嚴(yán)重并使CS/FF高于1.5 V時(shí)閂鎖；
　　·可調(diào)節(jié)輸入欠壓(BO)，F(xiàn)B 引腳電壓占Vbulk的一部分，不需要高壓感測(cè)軌，可以省電；
　　·NCP1910B有跳周期工作功能，當(dāng)反饋腳電壓低于0.4 V時(shí)，LLC驅(qū)動(dòng)器進(jìn)入跳周期模式，降低頻率，提升輕載能效。

簡(jiǎn)便的設(shè)計(jì)方法
　　使用NCP1910進(jìn)行設(shè)計(jì)過(guò)程非常簡(jiǎn)單，只要三步即可完成，如圖2所示。第一步是設(shè)計(jì)PFC段，第二步是設(shè)計(jì)LLC段，第三步是設(shè)計(jì)信號(hào)交換部分。

　　電路中的BO及PG電平是由R1、R2、R3決定的，無(wú)須感測(cè)高壓。BO電平在Vbulk電平(如300 V，取決于電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求)時(shí)使LLC停止工作；PG電平在Vbulk電平時(shí)，器件通知次級(jí)端監(jiān)控電路，產(chǎn)生功率故障(Power Fail)信號(hào)；在PFC頻率反走輸入功率級(jí)時(shí)，PFC開(kāi)始降低工作頻率。以下是PFC段和/或LLC段運(yùn)用熱關(guān)閉及過(guò)流、過(guò)壓、欠壓、過(guò)功率、輸入欠壓等保護(hù)特性，以及頻率反走、跳周期等提升能效的技巧。