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          如何增加AC/DC電源設(shè)計(jì)采用PFC+LLC拓?fù)鋾r(shí)的靈活性

          作者: 時(shí)間:2018-08-14 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          對(duì)于80~800W的通用交流輸入AC / DC,單級(jí)升壓加上半橋被認(rèn)為是一種非常流行的拓?fù)洹R话銈鹘y(tǒng)做法,這樣的會(huì)采用模擬+模擬, 分開或者組合的封裝。然而即使對(duì)于經(jīng)驗(yàn)豐富的師而言,類似的+仍然設(shè)計(jì)起來相當(dāng)困難。通常情況下,這些設(shè)計(jì)可能涉及BOM中一百多個(gè)組件,每個(gè)原型迭代可能需要幾個(gè)星期到幾個(gè)月來構(gòu)建和測(cè)試,并且可能需要長達(dá)一年以上才能投入生產(chǎn)。難度還在于終端客戶會(huì)在不同設(shè)計(jì)階段甚至在量產(chǎn)時(shí),提出新的功能要求,這使得電源供應(yīng)商不得不重新設(shè)計(jì)并再次重新運(yùn)行整個(gè)設(shè)計(jì)周期。雪上加霜的是,某些情況下新的功能要求并不能由現(xiàn)有的IC解決方案實(shí)現(xiàn)。例如,終端客戶發(fā)現(xiàn)他們的新一代產(chǎn)品在短路故障中需要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)重啟功能,但是現(xiàn)設(shè)計(jì)出的IC在這樣的故障中只能實(shí)現(xiàn)鎖定保護(hù)。電源供應(yīng)商可能會(huì)要求IC供應(yīng)商設(shè)計(jì)出具有該功能的新IC,但是一般供應(yīng)商也只有在該客戶值得花費(fèi)時(shí)間和精力的情況下才會(huì)去設(shè)計(jì)新IC,而且這可能會(huì)花費(fèi)幾個(gè)月的時(shí)間才能完成具有新功能的樣品!

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201808/386621.htm

          對(duì)于電源各種各樣的性能要求每年在不斷加強(qiáng),這給電源設(shè)計(jì)師添加了更多的挑戰(zhàn),例如,歐洲CoC標(biāo)準(zhǔn)Tier2將于2016年1月實(shí)施,但大部分電源至今尚不能滿足其空載功耗要求(見表1)。特別是對(duì)于PC電源市場(chǎng),越來越多的終端客戶都要求電源供應(yīng)商提高效率和功率因數(shù),以滿足黃金、鉑金甚至鈦金的效率標(biāo)準(zhǔn)(見表2)。

          表1: 外置電源能量效率實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)

          表2: 對(duì)于PC電源80 plus的效率要求

          除了能量效率,終端客戶通常也會(huì)要求其他的特性,如高功率因數(shù),快速的瞬態(tài)響應(yīng),多級(jí)保護(hù)功能等。而其中一些特征如果采用模擬電路是難以實(shí)現(xiàn)的。為了滿足客戶要求,電源供應(yīng)商使用數(shù)字控制來提高性能,獲得精確快速的采樣和更好的控制回路設(shè)計(jì)等優(yōu)勢(shì)。然而,在AC-DC領(lǐng)域的客戶可能總是需要使用額外的DSP(數(shù)字信號(hào)處理器)或MCU(單片機(jī))來實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制,而且常常需要雇用嵌入式開發(fā)的程序員,這都增加了開發(fā)和生產(chǎn)成本。數(shù)字控制常常被認(rèn)為是“高端且成本高昂”,所以一般只在某些高端電源如服務(wù)器,電動(dòng)跑車充電等應(yīng)用中使用。

          綜上所述,電源設(shè)計(jì)人員面臨的一些挑戰(zhàn)是:

          1.從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)各階段終端客戶多變的需求;

          2. 從空載到滿載的高效率、高功率因數(shù);

          3.昂貴且難以實(shí)現(xiàn)的數(shù)字控制。

          為了改善這種情況,一種解決辦法是使用一個(gè)足夠小、速度以及內(nèi)存正好滿足需求的數(shù)字核用于AC-DC控制,并使用圖形用戶界面(GUI)來配置所有主要功能(見圖2)。其優(yōu)勢(shì)如下:

          1,靈活的設(shè)計(jì),即使處于生產(chǎn)階段中, 許多主要功能都可以被重新配置,不會(huì)延遲交付, BOM幾乎不需要改動(dòng);

          2.超乎所有模擬IC的高效率、高功率因數(shù)、快速的響應(yīng)速度;

          3.與模擬控制器相似的成本;

          4.去除某些外部組件,如各種設(shè)定時(shí)間/頻率的RC,節(jié)約BOM成本;

          5.內(nèi)置由IC供應(yīng)商提供的程序,客戶可自定義各種不同的配置而不需編程。原廠對(duì)所有客戶不論規(guī)模大小,都會(huì)根據(jù)不同程序配置, 定位一個(gè)或多個(gè)特殊的料號(hào)。

          我們?cè)O(shè)計(jì)了一種使用這種數(shù)字芯片的PFC+LLC組合控制器,該芯片的性能符合高端PC電源市場(chǎng)認(rèn)證,例如Energy Using Product(EuP)指令 Lot6和Code of Conduct第五版Tier2。這是通過在無負(fù)載情況下提供小于150mW的輸入功率和在250mW載荷下提供小于500mW的輸入功率條件下實(shí)現(xiàn)的。為了滿足80 Plus 鈦金準(zhǔn)則,在20?100%負(fù)荷和VIN=230VIN的情況下,功率因數(shù)也必須高于0.95(見圖3和圖4)。

          除了高端個(gè)人計(jì)算機(jī),其他AC / DC應(yīng)用也可以受益于該IC,使得系統(tǒng)性能得到提升,如電視機(jī)、游戲機(jī)、手提電腦、LED街燈、服務(wù)器、電池充電器等等。未來除了PFC+LLC的組合IC, MPS還會(huì)推出一個(gè)獨(dú)立的數(shù)字PFC IC, 可與flyback IC共同工作。

          圖1數(shù)字PFC+LLC組合設(shè)計(jì)示意圖

          圖2數(shù)字PFC的主要圖形用戶界面

          圖3與80 Plus鉑金準(zhǔn)則相比,240W EVB的效率

          圖4采用獲得專利的PFC補(bǔ)償法,輕載下功率因數(shù)的改善

          組合控制器的PFC部分的主要特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)包括:

          ·已獲得專利的CCM/DCM數(shù)字平均電流控制模式,以提升整體效率和最小化系統(tǒng)尺寸;

          ·已獲得專利的可配置輸入電容補(bǔ)償,以提高低負(fù)載和高輸入電壓情況下的功率因數(shù);

          ·在連續(xù)導(dǎo)電模式下頻率抖動(dòng)技術(shù),改善EMI;

          ·已獲得專利的智能X電容放電器,以提升效率。

          組合控制器的LLC部分的主要特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)包括:

          ·600V驅(qū)動(dòng)器:集成自舉二極管和高dV/dt抗擾性;

          ·50%的占空比下,可變頻率諧振控制器;

          ·自適應(yīng)死區(qū)時(shí)間可提供最佳效率;

          ·自動(dòng)容性保護(hù)。

          組合控制器作為整體系統(tǒng)的主要特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)包括:

          ·高壓電流源啟動(dòng) (HR1200) 或外部電源啟動(dòng)(HR1201);

          ·Po=0W時(shí),PIN



          關(guān)鍵詞: AC/DC PFC LLC 電源設(shè)計(jì)

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