LLC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如何在更低負(fù)載下進(jìn)入打嗝模式

在ACDC開關(guān)電源設(shè)計(jì)過(guò)程中，當(dāng)需要實(shí)現(xiàn)高效率設(shè)計(jì)需求時(shí)，工程師往往會(huì)考慮LLC諧振半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。LLC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)，因此在開關(guān)電源設(shè)計(jì)尤其是在大功率的開關(guān)電源設(shè)計(jì)過(guò)程中往往具有優(yōu)勢(shì)。目前市面上經(jīng)?？梢钥吹降腘CP1399以及NCP13992系列就是安森美(onsemi)LLC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)控制芯片家族的代表成員。

但是在設(shè)計(jì)過(guò)程中，工程師發(fā)現(xiàn)在輕載情況下LLC諧振電路工作狀態(tài)總是不容易穩(wěn)定。這是由于LLC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)本身的特性決定的。因此LLC控制芯片往往會(huì)在輕載的時(shí)候讓電源進(jìn)入打嗝模式（SKIP狀態(tài)）。什么時(shí)候進(jìn)入打嗝模式對(duì)于LLC諧振半橋設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)是一個(gè)比較艱難的選擇，在負(fù)載較大的時(shí)候進(jìn)入打嗝模式，會(huì)導(dǎo)致變壓器噪聲等問題，在較小的負(fù)載進(jìn)入打嗝模式又可能會(huì)導(dǎo)致輸出電壓不穩(wěn)定等問題。在一些設(shè)計(jì)場(chǎng)合，比如LED照明電源，相對(duì)于輸出電壓和電流的穩(wěn)定性來(lái)說(shuō)，工程師往往不太在意輕載效率和待機(jī)功耗等問題，因此希望能在盡量小的負(fù)載進(jìn)入打嗝模式甚至不進(jìn)入打嗝模式。

目前市面上的LLC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電源大部分會(huì)在10%負(fù)載情況下進(jìn)入打嗝模式，那么有沒有更多的選擇，能在更低負(fù)載情況下進(jìn)入打嗝模式呢？NCL30159,安森美半導(dǎo)體LLC控制芯片家族的新成員，給出了新的選擇項(xiàng)。

產(chǎn)品方案簡(jiǎn)介：

1.     方案特點(diǎn)：

·       使用onsemi臨界模式的電流型PFC控制器NCL2801，內(nèi)部集成谷底開通技術(shù)，在具備優(yōu)良的THD和PF值性能基礎(chǔ)上，還擁有優(yōu)秀的效率表現(xiàn)；

·       使用安森美的最新電流型LLC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)芯片NCL30159,在NCP1399和NCP13992的基礎(chǔ)上，增加了原邊恒流功能，并對(duì)輕載時(shí)候的打嗝工作模式進(jìn)行了優(yōu)化；

·       簡(jiǎn)易的外部線路，有利于簡(jiǎn)化PCB布板工作；

·       完善的保護(hù)：OTP,OVP,OCP等；

2.     方案簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)框圖：

3.     應(yīng)用領(lǐng)域：

·       高PF值，低THD，高效率等應(yīng)用場(chǎng)合，比如LED照明行業(yè)；

方案應(yīng)用實(shí)例：

1.     方案實(shí)物圖：

2.     典型應(yīng)用原理圖以及線路介紹：

·       PFC部分使用onsemi的NCL2801產(chǎn)品，SOIC-8封裝，外圍線路簡(jiǎn)單。FB腳為輸出電壓采樣信號(hào)輸入端，作為反饋信號(hào)輸入端的同時(shí)還有輸出電壓OVP功能保護(hù)。MULT腳外置電阻分壓，采樣輸入AC電壓，用于判定輸入電壓范圍以及設(shè)置BO功能保護(hù)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，還需要注意CS腳外部電阻（R10）的取值：R10阻值固定為4檔，分別是150Ω，330Ω，620Ω以及1000Ω。R10的取值大小決定了負(fù)載大小變化時(shí)，MOS管開關(guān)過(guò)程中的第一個(gè)固定跳變CTRL腳的電壓大小，R10取值越大，第一個(gè)谷底跳變時(shí)的負(fù)載就越大。我們推薦使用150Ω或者330Ω電阻，在擁有較好THD表現(xiàn)的同時(shí)，也有較好的效率表現(xiàn)。

·       LLC部分使用安森美的最新LLC結(jié)構(gòu)控制芯片NCL0159，SOIC-16封裝。作為電流型控制的LLC控制器，擁有快速的反饋環(huán)反應(yīng)速度，具有優(yōu)秀的動(dòng)態(tài)響應(yīng)表現(xiàn)。NCL30159內(nèi)置高壓?jiǎn)?dòng)腳HV腳，可以耐受最大720V的啟動(dòng)電壓。PFCFB腳內(nèi)部?jī)?nèi)置1V電壓基準(zhǔn)，檢測(cè)PFC部分電壓，用于設(shè)置LLC電路的啟動(dòng)電壓點(diǎn)。SKIP腳內(nèi)置20uA恒流源，外置對(duì)地電阻產(chǎn)生電壓與FB電壓比較，用于設(shè)置NCL30159進(jìn)入SKIP模式的負(fù)載點(diǎn)。LLCCS腳內(nèi)置2.72V（版本不同會(huì)有差異）基準(zhǔn)，通過(guò)外部電容分壓（C15,C16以及R30）檢測(cè)諧振電容上電壓，用于實(shí)現(xiàn)原邊諧振腔電流大小檢測(cè)以及OCP保護(hù)。PFCMODE腳為電壓輸出端，當(dāng)VCC電壓高于Vcc_on之后，PFCMODE會(huì)有一個(gè)穩(wěn)定的電壓輸出（正常工作狀態(tài)時(shí)為12V左右）。該電壓可以用于給PFC部分控制器VCC腳供電。

·       反饋環(huán)路電路使用onsemi新發(fā)布的芯片產(chǎn)品NCL38046。該產(chǎn)品SO-8封裝，內(nèi)部集成CC/CV反饋功能，并且內(nèi)置PWM調(diào)光和模擬調(diào)光功能，極大簡(jiǎn)化了LED照明電源副邊反饋線路。

3.     優(yōu)化打嗝工作模式，更低負(fù)載進(jìn)入打嗝模式：

4.     優(yōu)秀的調(diào)光精度和效率表現(xiàn)：

5.     優(yōu)秀的PF值和THD表現(xiàn)： 

方案應(yīng)用總結(jié)：

作為在市場(chǎng)經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的PFC和LLC控制器，NCL2801、NCP1399和NCP13992以其優(yōu)秀的表現(xiàn)贏得了非常多電源工程師的認(rèn)可和青睞。在此基礎(chǔ)上，NCL30159增加了原邊恒流功能，高壓?jiǎn)?dòng)腳耐壓提升到720V，并且優(yōu)化了輕載時(shí)候的打嗝工作模式，使得NCL30159在功能上更加完善，并且極大改善了輕載時(shí)候打嗝模式不易調(diào)試的痛點(diǎn)。

（注：本文登于《EEPW》2024.1-2）