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满足高性能和功效要求的单芯片CCM PFC及LLC组合控制器

时间:11-27 来源:互联网 点击:

满足高性能和功效要求的单芯片CCM PFC及LLC组合控制器

计算机、服务器及平板电视向来是能效规范机构的重要目标,这些设备必须在满足高性能的同时符合最新能效要求。安森美半导体身为领先厂商,一直致力于推出符合最新能效规范的电源控制器。本文将介绍安森美半导体应用于计算机ATX电源及平板电视的高能效、高性能功率因数校正(PFC)及半桥谐振双电感加单电容(LLC)组合控制器NCP1910的主要特性及电源段的应用设计要点,帮助工程师更好地采用NCP1910进行相关的电源设计。

现有方案及存在的问题
  用于上述电源设计的现有方案存在的最大问题是元器件数量太多,首先必须要有带主电源输入欠压(LBO)保护功能的PFC控制器,还要有带输入欠压(BO)保护及闩锁功能的LLC控制器;用于处理“功率良好”(PG)信号的比较器,以及用于感测的额外电路也必不可少。此外,为了实现次级端过压保护(OVP),需要可控硅整流器(SCR)、比较器及感测电路;为了提供LLC短路保护(SCP)并兼顾PFC工作异常状况,还需要其他一些元件。如果能在一个单芯片中结合所有功能,实现一种组合控制器就可以使这些问题迎刃而解。

高性能CCM PFC及LLC组合控制器的优势
  安森美半导体推出的NCP1910在单芯片中结合了PFC和LLC控制器,集成了这两个转换器所需的全部信号交换(handshaking)功能,既可提高可靠性,又可支持更简单、更高密度的设计。NCP1910采用SOIC-24封装,适用于高功率的ATX、一体机(all-in-one)及服务器、平板电视电源。
  
  图1是采用NCP1910的典型应用电路图共用电路,它包括远程PFC段、LLC段,以及实现导通/关闭、功率良好(PG)等的共用电路。
  
  

图1:采用NCP1910的典型应用电路图

PFC段具有以下一些特性:
  ·固定频率连续导电模式(CCM) PFC可提供65kHz,100 kHz、133 kHz及200 kHz选择;
  ·可编程过流阈值提供优化的感测电阻;
  ·过功率限制可根据平均输入电压限制电流;
  ·PFC异常保护,可以在出现PFC异常的情况下,器件停止工作,即使输入为高线路电压;
  ·欠压保护可避免反馈网络中出现错误连接的情况下受损;
  ·快速瞬态响应旨在维持Vbulk稳压:
  --过压保护可自动恢复OVP阈值(稳压电平的105%);
  --动态响应增强器可在Vbulk降至低于其稳压电平的95%时,使用其内部200 ?A电流源来加快稳压环路速度;
  ·冗余OVP(OVP2)使用专用引脚来闩锁Vbulk OVP;
  ·可调节线路输入欠压带50 ms消隐时间(blank time),避免在低输入电压时受损;
  ·Vin2前馈可优化功率因数;
  ·Power Boost可在极端线路瞬态条件下调节Vbulk(如264 Vac→90 Vac);
  ·可调节频率反走提升轻载能效;
  ·软启动;
  ·图腾柱(Totem Pole)驱动能力为±1.0 A门驱动器。
  
  LLC段具有以下一些特性:
  ·25 kHz至500 kHz的宽工作频率范围;
  ·板上固定死区时间为300 ns,可避免shot-through;
  ·在软启动或重启时,专用引脚将SS电容放电至地,从而提供平顺的输出电压上升;在LLC被CS/FF引脚(> 1V)或BO功能关闭时,SS引脚给CSS放电,并提供纯粹的软启动;
  ·高压驱动器门驱动器为+ 0.5 A -1.0 A;
  ·双故障保护电平位于CS/FF引脚:
--CS/FF > 1 V:LLC转换器立即通过将CSS接地来增加开关频率。这是一种自动恢复保护模式;
--CS/FF > 1.5 V:当故障严重并使CS/FF高于1.5 V时闩锁;
  ·可调节输入欠压(BO),FB 引脚电压占Vbulk的一部分,不需要高压感测轨,可以省电;
  ·NCP1910B有跳周期工作功能,当反馈脚电压低于0.4 V时,LLC驱动器进入跳周期模式,降低频率,提升轻载能效。

简便的设计方法
  使用NCP1910进行设计过程非常简单,只要三步即可完成,如图2所示。第一步是设计PFC段,第二步是设计LLC段,第三步是设计信号交换部分。

电路中的BO及PG电平是由R1、R2、R3决定的,无须感测高压。BO电平在Vbulk电平(如300 V,取决于电源系统的设计要求)时使LLC停止工作;PG电平在Vbulk电平时,器件通知次级端监控电路,产生功率故障(Power Fail)信号;在PFC频率反走输入功率级时,PFC开始降低工作频率。以下是PFC段和/或LLC段运用热关闭及过流、过压、欠压、过功率、输入欠压等保护特性,以及频率反走、跳周期等提升能效的技巧。
  
  NCP1910的工作序列如图3所示,如果PFC未就绪,LLC就不能启动;一旦PFC就绪,就会开始一段20 ms的延迟;延迟结束后PGout引脚假定为低电平,LLC可以开始工作。在拨除交流输入关闭电源时Vbulk降低,到达PG信号时,PGout引脚被释放(开路);如果Vbulk到达LLC停止电平,LLC停止工作;或者如果Vbulk缓慢下降,如处在轻载状态,LLC会在PGout引脚被释放5 ms后停止工作。
  

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