内容发布更新时间 : 2024/4/27 20:05:49星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。
满足高性能和功效要求的单芯片CCM PFC
及LLC组合控制器
Singular Chip CCM PTC and LLC Combination Controller that
can Meet High Performance and High Power Demand
安森美半导体 ON Semiconductor
摘要：本文介绍了单芯片高性能CCM PFC及LLC组合控制器NCP1910的主要特性及电源段的应用设计要点。
关键词：组合控制器 NCP1910 PFC LLC
Abstract: This paper introduces major features of singular-chip high-performance CCM
PFC and LLC combination controller NCP1910. Also, the author briefs key points for the application design of power supply segment. Keywords: Combination controller, NCP1910, PFC, LLC
［中图分类号］TN86 ［文献标识码］ A 文章编号：1561-0349（2012）03-
1 前言
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。
2 现有方案及存在问题
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。
3 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，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。
1
图1 采用NCP1910的典型应用电路图
上图二极管为中间通直线，电阻改为长方形，符号改为斜体，脚注为小写正体， 上部中间文字删除
3.1 PFC段具有的特性
⑴ 固定频率连续导电模式(CCM) PFC可提供65kHz、100kHz、133kHz及200kHz选择。 ⑵ 可编程过流阈值提供优化的感测电阻。 ⑶ 过功率限制可根据平均输入电压限制电流。
⑷ 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。
⑸ 欠压保护可避免在反馈网络中出现错误连接的情况下受损。 ⑹ 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200μA电流源来加快稳压环路速度。
⑺ 冗余OVP(OVP2)使用专用引脚来闩锁Vbulk OVP。
⑻ 可调节线路输入欠压带50ms消隐时间(blank time)，避免在低输入电压时受损。 ⑼ Vin2前馈可优化功率因数。
⑽ Power Boost可在极端线路瞬态条件下调节Vbulk(如264Vac→90Vac)。 ⑾ 可调节频率反走提升轻载能效。 ⑿ 软启动。
⒀ 图腾柱(Totem Pole)驱动能力为±1.0A门驱动器。
3.2 LLC段具有的特性
⑴ 25kHz-500kHz的宽工作频率范围。
⑵ 板上固定死区时间为300ns，可避免shot-through。
⑶ 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。
⑷ 高压驱动器门驱动器为+ 0.5A -1.0A。
2
⑸ 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。
⑹ 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。
⑺ 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。
4 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：第一步设计PFC段，第二步设计LLC段，第三步设计信号交换部分。
图2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。
图2 BO及PG电平
上图二极管为中间通直线，电阻改为长方形，符号改为斜体
以下分析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20ms的延迟；延迟结束后PGout引脚假定为低电平，LLC可以开始工作。在切断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5ms后停止工作。
3