諧振控制器和PFC控制器介紹

　　1. 簡(jiǎn)介

　　現代電子設備功能越來(lái)越多。比如計算機性能不斷提升，電視屏幕越來(lái)越大。但是，增加設備功能通常會(huì )帶來(lái)高功耗，不利于環(huán)境保護。提高電源效率是降低功耗的方法之一。諧振拓撲具有較高效率，很多大功率消費電子產(chǎn)品和計算機都采用了這種電源拓撲，比如：液晶電視、等離子電視和筆記本電腦適配器。恩智浦專(zhuān)業(yè)諧振控制器可以幫助設計人員打造出高效的諧振電源。恩智浦除在提高能效方面下功夫外，還特別重視電源解決方案的可靠性。本文介紹了恩智浦最新的諧振控制器產(chǎn)品：TEA1713和TEA1613。這兩款器件采用了相同的新一代半橋諧振控制器，而TEA1713諧振控制器還集成了功率因數校正(PFC)控制器。

　　2. 半橋LLC諧振轉換器

　　2.1 半橋諧振轉換器拓撲簡(jiǎn)介

　　圖1：諧振拓撲

　　諧振轉換器由直流高壓電源(升壓)供電，直流電源通常由前置PFC轉換器部分產(chǎn)生。諧振回路(或LLC回路)由電容器Cr和帶Lr(漏電感)和Lp(勵磁電感)的變壓器組成，由2個(gè)高壓MOSFET器件驅動(dòng)。半橋控制器(HBC)交替驅動(dòng)兩個(gè)MOSFET。電流大小由工作頻率決定。二次側高頻交流電壓通過(guò)整流和濾波獲得直流輸出電壓(Vout)。

　　2.2 自適應死區時(shí)間控制

　　由于MOSFET器件能夠實(shí)現軟開(kāi)關(guān)，也稱(chēng)為零電壓開(kāi)關(guān)(ZVS)，這就為諧振轉換器實(shí)現高效工作提供了可能。如果兩個(gè)MOSFET開(kāi)關(guān)動(dòng)作之間有足夠長(cháng)的死區時(shí)間，半橋電壓(HB節點(diǎn))可以完全上升或下降，MOSFET即能實(shí)現零電壓開(kāi)關(guān)。通過(guò)這種方式可以最大程度降低開(kāi)關(guān)損耗。

　　在半橋斜坡(上升沿/下降沿)結束后，一次側電流會(huì )流過(guò)MOSFET內較高阻抗的體二極管，直至MOSFET器件打開(kāi)。因此，死區時(shí)間太長(cháng)會(huì )造成導通損失。

　　半橋斜坡速度以及死區時(shí)間取決于頻率、輸出負載、輸入和輸出電壓。采用固定死區時(shí)間的控制器，死區時(shí)間無(wú)論是內部固定還是外部可配置的，電源設計人員難于找到合適的值。

　　恩智浦新一代諧振控制器實(shí)現了真正的逐周期自適應死區時(shí)間控制。HBC控制器先進(jìn)的電路可以偵測到半橋斜坡結束點(diǎn)，確保在最佳時(shí)機開(kāi)通MOSFET，實(shí)現真正的無(wú)損切換。參見(jiàn)圖2，最大程度減少體二極管導通時(shí)間的同時(shí)實(shí)現軟開(kāi)關(guān)。自適用死區時(shí)間功能簡(jiǎn)化了諧振電源設計，最大程度提高了電源效率。

　　圖2：自適應死區時(shí)間

　　2.3 諧振轉換器優(yōu)化啟動(dòng)

　　2.3.1 軟啟動(dòng)平衡

　　諧振轉換器以高頻啟動(dòng)，確保起始電流在安全范圍內。隨后開(kāi)始掃頻，頻率逐步降低，直至達到正常工作頻率。這一過(guò)程即為軟啟動(dòng)。軟啟動(dòng)掃描速度是折衷平衡的結果：

　　· 一方面，軟啟動(dòng)應盡可能快，以便迅速達到設定的輸出電壓。在很多諧振電源設計中，控制器還通過(guò)緩沖電容器由諧振變壓器供電。變壓器輸出電壓的速度越快，所需緩沖電容充電量就越小，有利于降低緩沖電容規格。

　　· 另一方面，軟啟動(dòng)頻率掃描應盡可能慢，以避免過(guò)大的浪涌電流。浪涌電流幅度取決于輸入電壓、軟啟動(dòng)掃頻速度以及與負載相關(guān)的輸出電壓上升情況，因此在實(shí)際操作中很難預測。電源設計人員必須選擇最慢的掃頻速度，以適應最大負載時(shí)的最壞情況。

　　恩智浦諧振控制器TEA1713和TEA1613具有多重功能，可以在各種啟動(dòng)條件下實(shí)現快速、安全、可控啟動(dòng)。

　　2.3.2 雙速軟啟動(dòng)機制

　　對于掃頻的前半部分，由于電流大小受頻率影響不大，雙速軟啟動(dòng)機制的掃頻速度要比正常掃頻速度快4倍。前半部分快速描頻可以縮短頻率下降過(guò)程，減少啟動(dòng)時(shí)間。

　　當頻率下降接近工作頻率時(shí)，由于靠近諧振頻率，電流對頻率變化敏感度提高，電流增速也相應提高。減慢后半部分掃頻速度可以控制電流和輸出電壓過(guò)沖。

　　2.3.3 感應交流電流實(shí)現過(guò)流調整

　　高的浪涌電流會(huì )對地產(chǎn)生干擾，或者需要增加功率MOSFET器件/整流二極管的額定電流值。通過(guò)過(guò)流調節(OCR)將電流限制在用戶(hù)設定的安全范圍，可以解決這一問(wèn)題。

　　OCR可以檢測出一次側諧振電流，如果該電流超過(guò)用戶(hù)設定的電流值，則增大頻率。利用這一功能，電源設計人員可以根據典型應用條件選擇快速軟啟動(dòng)速度。對于特殊條件，比如滿(mǎn)載啟動(dòng)，OCR通過(guò)減慢掃頻速度可將電流限制在安全范圍。

　　OCR通過(guò)雙速軟啟動(dòng)機制控制來(lái)頻率，作為兩種有效手段之一，通過(guò)這種方法更容易實(shí)現穩定的電流調節。圖3給出了啟動(dòng)期間輸出電壓上升期OCR被激活示例。

　　圖3：?jiǎn)?dòng)電流調節