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提高轉(zhuǎn)換效率的利器,三家國(guó)際大廠LLC控制器各有千秋

海明觀察 ? 來(lái)源:電子發(fā)燒友網(wǎng) ? 作者:李誠(chéng) ? 2021-11-05 09:27 ? 次閱讀
電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道(文/李誠(chéng))產(chǎn)品的性能和功耗一直是人們所關(guān)注的焦點(diǎn),為提高電子產(chǎn)品電源的轉(zhuǎn)換效率和開關(guān)工作頻率,在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)時(shí),通常會(huì)在開關(guān)電路部分加入LLC 控制器,起到提高電源轉(zhuǎn)換效率和瞬態(tài)響應(yīng)速度的作用。

LLC 控制器與傳統(tǒng)的開關(guān)控制器相比,LLC 控制器的電源利用率更高,能夠?qū)崿F(xiàn)功率開關(guān)零電壓?jiǎn)?dòng)(ZVS)和零電流關(guān)斷(ZCS),從而有效的優(yōu)化電路架構(gòu),提高效率和功率密度,降低電源的開關(guān)損耗,多應(yīng)用于LED開關(guān)電源、大功率電源適配器、工業(yè)電源等產(chǎn)品中,LLC電路具有低成本、可靠性高、EMI性能良好等特點(diǎn)。在一般的開關(guān)電路設(shè)計(jì)中,LLC電路通常都會(huì)與PFC電路一起使用,以減小高壓濾波電容的容量,減小元器件用量、產(chǎn)品體積,提高功率密度。

在產(chǎn)品方面,TI推出了低待機(jī)功耗的LLC 控制器,降低用電設(shè)備處于待機(jī)狀態(tài)時(shí)的電能流失。MPS推出了LLC控制器和LLC+PFC控制器提高了產(chǎn)品的集成度,有利于簡(jiǎn)化電路的設(shè)計(jì),方便器件布局。安森美推出的LLC 控制器,在手機(jī)快充領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,并得到了市場(chǎng)的認(rèn)可。下面將對(duì)這三家廠商的產(chǎn)品進(jìn)行詳細(xì)解讀。

TI 低功耗LLC控制器

TI LLC控制器產(chǎn)品有含高壓驅(qū)動(dòng)和不含高壓驅(qū)動(dòng)兩種選擇,并且對(duì)功率范圍在100W至1000W的產(chǎn)品進(jìn)行了優(yōu)化,降低待機(jī)功耗、提升噪聲抗干擾性、延長(zhǎng)系統(tǒng)壽命。

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圖源:TI

UCC256301是一款片上集成了高壓柵極驅(qū)動(dòng)裝置的LLC控制器,這款控制器在設(shè)計(jì)時(shí)就已經(jīng)規(guī)劃好了,如果與PFC電路搭配使用,如何以最少的元器件,搭建出一個(gè)完整的電源系統(tǒng),減少開發(fā)工程師的設(shè)計(jì)投入時(shí)間,實(shí)現(xiàn)降本增效的目的。通過(guò)UCC256301搭建的電源系統(tǒng)無(wú)需外置待機(jī)功率轉(zhuǎn)換器即可實(shí)現(xiàn)低待機(jī)功耗的要求,據(jù)TI官方介紹,這一電源系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)低于40mW的待機(jī)功耗。

為提高UCC256301的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)速度,以及合適的輸入電壓,TI在芯片內(nèi)加入了混合遲滯控制功能,提高控制器性能,領(lǐng)跑業(yè)界其他產(chǎn)品,據(jù)TI官方介紹,該控制器與傳統(tǒng)控制器相比,瞬態(tài)響應(yīng)速度提高了近10倍。

通過(guò)編程,可對(duì)UCC256301的突發(fā)功率電平進(jìn)行調(diào)節(jié),還可以根據(jù)輸入電壓自動(dòng)調(diào)節(jié),進(jìn)而提升效率。據(jù)TI官方介紹,在負(fù)載僅為10%的情況下,可以實(shí)現(xiàn)90%的輕載效率。

MPS 多模LLC控制器

為順應(yīng)電子設(shè)備區(qū)域小型化的發(fā)展趨勢(shì),MPS推出了多模的LLC+PFC控制器,將PFC控制器與LLC控制器,二者集成在同一芯片上,提高了芯片集成度的同時(shí)還簡(jiǎn)化了外圍電路的設(shè)計(jì)。

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圖源:MPS

HR1211是MPS今年新推出的多模LLC+PFC控制器,這是一款主要應(yīng)用于快充電源適配器解決方案的控制器。可通過(guò)UART接口對(duì)HR1211控制器的工作模式進(jìn)行切換,同時(shí)這一控制器內(nèi)部片上集成了X電容、PFC驅(qū)動(dòng)、600V半橋LLC驅(qū)動(dòng)等器件,其中X電容可以作為高壓電流源的放電電容,可將產(chǎn)品設(shè)計(jì)得更緊湊。HR1211通過(guò)MPS專有的數(shù)字平均電流控制技術(shù),可實(shí)現(xiàn)斷續(xù)導(dǎo)通和連續(xù)導(dǎo)通兩種工作模式的切換。斷續(xù)導(dǎo)通模式,在輕負(fù)載的工作狀態(tài)下,可通過(guò)調(diào)節(jié),降低開關(guān)頻率,提高效率。連續(xù)導(dǎo)通模式,在重載的工作狀態(tài)下,可降低MOS管的峰值電流,從而增大控制器的負(fù)載范圍。

LLC級(jí)電流控制模式,具有較高的瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性,可通過(guò)穩(wěn)態(tài)模式、調(diào)頻模式和突發(fā)模式,這三種工作模式應(yīng)對(duì)不同的負(fù)載狀況,提升系統(tǒng)效率。突發(fā)模式在輕載工況下可以降低開關(guān)損耗和產(chǎn)生的噪聲。多模式 PFC在輕載狀態(tài)下,效率可達(dá)80%以上,在待機(jī)狀態(tài)下,耗能低于100mW。

最值得一提的是,HR1211是一枚數(shù)字芯片,可通過(guò)接口對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行配置,并且還能為芯片設(shè)置密碼,保護(hù)芯片內(nèi)部數(shù)據(jù),在一定程度上,保護(hù)了產(chǎn)品設(shè)計(jì)廠商的知識(shí)產(chǎn)權(quán),降低被了PCB抄板的風(fēng)險(xiǎn)。

安森美LLC控制器

安森美的LLC控制器,憑借優(yōu)秀的轉(zhuǎn)換效率、穩(wěn)定的電路系統(tǒng)、精簡(jiǎn)的電路設(shè)計(jì),受到了眾多終端廠商的認(rèn)可,也得到了廣泛的應(yīng)用。


圖源:安森美

NCP13992是一款高性能的電流模式LLC控制器,片上集成了欠壓輸入功能和600V的門機(jī)驅(qū)動(dòng)器。據(jù)現(xiàn)有的方案顯示,該芯片可以直接驅(qū)動(dòng)納微的NV6127 氮化鎵功率芯片,從而簡(jiǎn)化布局、精簡(jiǎn)BOM,同時(shí)還具有響應(yīng)速度快的特點(diǎn)。當(dāng)該芯片作為PFC前級(jí)應(yīng)用時(shí),可通過(guò)內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器直接驅(qū)動(dòng)PFC控制器。為提升系統(tǒng)的輕載能力,芯片內(nèi)部還集成了無(wú)噪聲跳過(guò)功能。

在電路系統(tǒng)保護(hù)方面,NCP13992為保證電路的穩(wěn)定工作,以及出現(xiàn)意外時(shí)外部電路不受影響,特別在芯片內(nèi)部集成了過(guò)載保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、欠壓保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)、過(guò)溫保護(hù)等功能。

結(jié)語(yǔ)

LLC控制器的加入,讓電路系統(tǒng)的工作頻率、轉(zhuǎn)換效率都有不小的提升,開關(guān)損耗和產(chǎn)品的體積都得到了一定的縮減。通過(guò)LLC+PCF集成的方式,不僅提高了功率因數(shù),還降低了電路設(shè)計(jì)的復(fù)雜性,起到了有效地控制成本的作用。
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