大功率應用的高能效電源設計方案

NCP1399如何實(shí)現高能效及超低待機能耗

自動(dòng)調節死區時(shí)間(DeadTime, DT)

DT期的作用在于避免功率MOSFET的交叉導通，從而防止過(guò)電流對系統的損毀。固定的DT期通常用于使能諧振轉換器，但由于勵磁電流隨線(xiàn)性和負載條件變化，采用固定的DT期不能確保最佳的運行條件。NCP1399采用專(zhuān)有方式，當檢測到零電壓開(kāi)關(guān)(ZVS)轉換，dV/dt傳感器監測HB引腳斜率，并提供邏輯信號，從而根據諧振回路參數優(yōu)化調節DT。

跳周期模式

由于初級端MOSFET的ZVS和次級端整流器的ZCS(零電流開(kāi)關(guān))，LLC諧振轉換器可在中度負載和滿(mǎn)載時(shí)達到最高能效。但在輕載和空載條件下，如果采用普通的頻率調制控制技術(shù)會(huì )產(chǎn)生不小的能耗。NCP1399采用專(zhuān)有的跳周期模式技術(shù)，盡可能地提升輕載能效并降低噪聲。它基于FB引腳電壓電平執行跳周期模式，跳周期比較器將FB引腳電壓和預選值進(jìn)行比較，當VFB降至低于預選跳周期水平，IC經(jīng)由專(zhuān)用關(guān)斷序列進(jìn)入跳周期模式。在這種運行模式下，IC功耗降低，PFC段及使用PFC模式引腳的BO/PFC FB高壓分壓器可被禁用，由于NCP1399總是以特定的方式進(jìn)入跳周期模式，這運行總是被Mlower驅動(dòng)脈沖以導通時(shí)間等于Fmax的3/2時(shí)(或最后一個(gè)Mupper脈沖的3/2)結束，因此諧振電容電壓保持為Vbulk*1/4 ，從而降低開(kāi)關(guān)損耗。當FB引腳電壓內部增加預選滯后，IC回到正常運行模式，Mlower的第一個(gè)脈沖被延長(cháng)，對自舉(bootstrap)電容進(jìn)行再充電，并激勵諧振回路以準備ZVS條件用于后續的Mupper導通進(jìn)程，接下來(lái)的Mlower脈沖基于導通時(shí)間CMP信號而被延長(cháng)。

圖4. 進(jìn)入跳周期模式及從跳周期模式回到正常模式

PFC導通/關(guān)斷功能

PFC 導通/關(guān)斷功能基于FB引腳電壓監測來(lái)完成。PFC預設的計時(shí)器(Timer)用來(lái)克服瞬態(tài)期間的問(wèn)題，三態(tài)輸出控制PFC FB/LLC Brown-Out (BO)分壓器和PFC VCC。這PFC導通/關(guān)斷功能在跳周期模式可降低輕載能耗。

NCP1399 專(zhuān)有的控制提供強固的保護

1.專(zhuān)有啟動(dòng)序列

在諧振開(kāi)關(guān)電源應用中可能會(huì )出現硬開(kāi)關(guān)啟動(dòng)。NCP1399 使用特定啟動(dòng)方案，確保在

任何啟動(dòng)條件下的穩固的、無(wú)硬開(kāi)關(guān)的啟動(dòng)。NCP1399使用軟啟動(dòng)計數器和D/A轉換器，實(shí)現數字非線(xiàn)性軟啟動(dòng)序列。

2.過(guò)載保護

過(guò)載保護通過(guò)FB引腳電壓檢測實(shí)現。導通時(shí)間比較器定義了比較值以控制導通時(shí)間。

當使用NCP1399發(fā)生次級短路時(shí)，FB引腳電壓上升，當FB引腳電壓達到最大值時(shí)，故障計時(shí)器/計數器啟動(dòng)，控制器禁用驅動(dòng)脈沖并進(jìn)入保護模式。

3.內置可編程功能

NCP1399 內置許多可編程功能，包括：空載期鉗位和故障選項、TSD閾值、使用可調

節的閾值選擇Remote和關(guān)斷模式、VCC導通/關(guān)斷閾值、CS偏置和斜率補償增益、提供CS LEB 、跳周期模式的內外閾值、故障計時(shí)器/計數器及其持續時(shí)間-包括自動(dòng)恢復計時(shí)器、累積或非累積選擇、OTP/OVP 閂鎖或自動(dòng)恢復選擇、BO 選擇 (IBO, VBO, 跳周期期間功能)、最大導通時(shí)間故障檢測 (導通時(shí)間和閂鎖/自動(dòng)恢復)、啟動(dòng)序列的第1個(gè)Mupper和Mlower脈沖寬度、軟啟動(dòng)增量影響軟啟動(dòng)持續時(shí)間、P ON/OFF功能的激活和滯后以及計時(shí)器功能等，可在不同應用中根據具體情況將參數進(jìn)行適當調整和優(yōu)化，提供了設計靈活性并加快產(chǎn)品上市。

評估板能效測試

下圖顯示，當輸入電壓為110 V和230 V，輸出電流在0-20 A范圍內時(shí)，NCP1399的能效高達90%以上。

圖5. 評估板能效測試圖

結語(yǔ)

安森美半導體推出的LLC AC-DC控制器NCP1399采用電流模式控制，突破電壓模式控制的諸多限制，具有更瞬速的動(dòng)態(tài)反應，提供更高的輕載及平均能效，并且無(wú)需輔助電源就能實(shí)現待機模式的超低待機能耗，從而降低成本，它采用可靠的開(kāi)機啟動(dòng)模式，并集成過(guò)載保護、過(guò)流保護以避免硬開(kāi)關(guān)，以及欠壓檢測、開(kāi)路光耦檢測、自動(dòng)DT調節、過(guò)壓保護和過(guò)溫保護等一系列保護特性，保證系統可靠性。設計師還可利用NCP1399 內置的可編程功能，根據具體應用對參數進(jìn)行調整和優(yōu)化，為大屏電視、一體化電腦等大功率應用設計出高能效、超低待機能耗的電源系統。