高頻LLC轉換器提升電源效率

設計結構和關(guān)鍵特性

LLC轉換器設計比較復雜，最大的挑戰是需要合理配置所有電路以消除交叉傳導，并對各種寄生元件進(jìn)行精確的控制。據PI產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理Andrew Smith介紹，HiperLCS集成了關(guān)鍵元件，包括多功能控制器、高壓端和低壓端柵極驅動(dòng)以及兩個(gè)功率MOSFET的LLC半橋功率級(可最多省去30個(gè)外圍元件)，并在制造過(guò)程中進(jìn)行了微調以?xún)?yōu)化驅動(dòng)器中MOSFET的配對。該器件中的變頻控制器提供零電壓開(kāi)關(guān)，從而消除了開(kāi)關(guān)損耗。

HiperLCS器件的最高工作頻率為1MHz，額定穩態(tài)工作頻率可達500kHz，并允許在輸出環(huán)路中使用低成本的SMD陶瓷電容，從而取代體積大、可靠性差的電解電容，同時(shí)還可降低所需磁芯的尺寸。它還可在750kHz峰值開(kāi)關(guān)頻率下實(shí)現出色的變壓器利用率。另外，HiperLCS器件具有精確的占空比對稱(chēng)性可平衡輸出整流管電流，從而提升效率。在300kHz下典型值為50% ±0.3%。

考慮到設計需求的不同，HiperLCS器件有兩種使用方式。對于高效率設計，其諧振控制電路可提供極低的功率損耗，能使設計在66kHz額定開(kāi)關(guān)頻率下達到97%以上的效率。如果成本和尺寸決定設計準則，可優(yōu)先采用高開(kāi)關(guān)頻率。在后面這種情況下，仍能實(shí)現較高效率，例如，在250kHz(獲得最大功率的頻率)下效率可達96%。 此外，HiperLCS器件允許用戶(hù)通過(guò)設置死區時(shí)間和軟啟動(dòng)等關(guān)鍵電路參數來(lái)獲得最佳方案，從而達到改進(jìn)設計的目的。在設計過(guò)程中，設計工程師可以應用PI的實(shí)時(shí)設計和建模工具PI Xls簡(jiǎn)化電源設計。

保護及封裝

與PI其它電源IC一樣，HiperLCS具有全面的故障處理及電流限制，包括可編程的電壓緩升/跌落閾值和遲滯，欠壓(UV)及過(guò)壓(OV)保護，可編程的過(guò)流保護(OCP)，短路保護(SCP)和過(guò)熱保護(OTP)。在封裝上，HiperLCS系列采用的是適合高功率及高頻率的超薄eSIP-16C封裝，該封裝能夠降低裝配成本并減小PCB布局的環(huán)路面積，可通過(guò)一個(gè)夾片快速安裝到散熱片，可省去多個(gè)用于外部MOSFET的TO220封裝(圖2)。其外露的散熱金屬部分與地電位相連，使得封裝和散熱片之間無(wú)需Silpad導熱絕緣墊片。eSIP-16C的封裝引腳交錯排列，可簡(jiǎn)化PCB的走線(xiàn)路徑并滿(mǎn)足高壓爬電要求，HiperLCS的推出完善了PI端到端的完整的電源產(chǎn)品，包括EMI濾波電路、PFC級和主電源及待機級電源。“采用HiperLCS器件的設計可輕松超出ENERGY STAR4.0和5.0，以及80PLUS金級和銀級PC能效標準所設定的性能基準。”Andrew表示，“HiperLCS可以與HiperPFS PFC等產(chǎn)品配合設計功能完整、高效率、低元件數的電源，可應用于服務(wù)器、工控、LCD電視機、LED路燈和室外照明、打印機和音頻放大器等75W~440W的高壓電源。”