满足高性能和功效要求的单芯片CCM PFC及LLC组合控制器

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。