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瞬态响应提高10倍,TI在这款LLC谐振控制器上做了什么?

时间:2017-11-07 作者:邵乐峰 阅读:
“大家可能想象不到,目前全球电子设备待机消耗的电量已经相当于50个大型发电厂的年发电总量,而家用电器的待机功耗已占家庭总耗电量12%到18%,所以降低待机功耗迫在眉睫。”

“大家可能想象不到,目前全球电子设备待机消耗的电量已经相当于50个大型发电厂的年发电总量,而家用电器的待机功耗已占家庭总耗电量12%到18%,所以降低待机功耗迫在眉睫。”德州仪器(TI)大功率电源控制器应用经理唐华说。
德州仪器(TI)大功率电源控制器应用经理唐华
德州仪器(TI)大功率电源控制器应用经理唐华gcjEETC-电子工程专辑

为了尽可能降低电子设备的待机功耗,TI日前推出一款具有集成高压栅极驱动器的新型电感-电感-电容(LLC)谐振控制器UCC256301,可在稳压状态下实现低于40mW的待机功耗,性能也优于行业效率标准要求。通过超快的瞬态响应和强大的故障保护功能,如避免零电流开关,该器件可在包括数字电视、游戏适配器、台式电脑和笔记本电脑适配器以及电动工具电池充电器在内的终端设备使用寿命内实现可靠运行。gcjEETC-电子工程专辑

混合滞回控制是TI一项新的专利控制方法,也是帮助UCC256301实现快10倍瞬态响应,并将输出电容降低20%的幕后英雄。唐华解释说,通过使用混合滞回控制,可以使用环路输出的控制量直接来控制变换器的输入功率,因此,由控制信号到输出电压的传递函数,就由非常复杂的传递函数简化成一阶系统。相对于传统的方案,带宽可以提高10倍以上,所以瞬态响应的速度也会提高10倍以上。随着瞬态响应速度的提升,所需要的输出电容随之减少,预计输出电容可以减少20%,因此,系统成本降低,尺寸变小。gcjEETC-电子工程专辑

在10%的负载情况下轻载效率高达90%,超出欧盟CoC Tier 2和美国能源部(DoE) 6级所规定的能效标准,则是UCC256301的另一大看点。传统的LLC控制器属于直接频率调制,这种调制方式在输出功率比较大的时候,开关频率比较低,而在输出功率比较小的时候,开关频率又会非常高。随着开关频率升高,与开关频率相关的开关损耗和变压器的磁极损耗以及驱动损耗也会相应大幅增加,从而造成轻载效率值很低。gcjEETC-电子工程专辑

为了解决这一问题,TI在UCC256301的设计中使用了Burst模式(也称突发模式)。在这种模式下,如果变换器输出功率小,环路输出就低,当环路输出低于设定的关断阈值时,里面的MOS管就会彻底关断,这样能量就不能从输入端流到输出端,输出电压自动下降;当输出电压下降之后,环路的输出又开始上升,当环路的输出值高于开通阈值时,变换器又开始正常工作,输出电压上升,由于开通阈值远远高于关断阈值,因此变换器在轻载时会长时间处于不工作状态,这样就提高了轻载的效率值。gcjEETC-电子工程专辑

同时,UCC256301还集成了丰富的故障保护功能,例如LLC非常容易出现的零电流开通的问题,并可自动规避零电流开通的发生,因此保护了缘边的MOS管,延长了系统的使用寿命。gcjEETC-电子工程专辑

除了电子系统的工作模式,系统复杂性也会影响到设备本身的待机损耗,TI因此在UCC256301内部集成了非常多的功能电路,集成了关机后X电容的自动放电功能就是其中之一。众所周知,所有的AC/DC电源为了避免对电脑产生EMI干扰都会使用X电容,但是X电容在电源脱离电网之后也会存储一部分能量,这就会造成某段时间内电容的输入端口存在危险电压。为了解决这一问题,传统的方式是在X电容两端并联放电电阻,但是这个电阻一直会和电网相连,从而造成不必要的损耗。UCC256301在内部集成了X电容的放电MOS管后,当系统正常工作时,MOS管关断,不会产生额外的损耗;当检测到和电网脱离时,就会导通MOS管,迅速释放X电容能量,避免危险事件的发生。gcjEETC-电子工程专辑

另外一个则是高压启动电路和高压驱动电路。UCC256301的出现,使得系统当中不再需要额外设计专用的辅助电源电路和外置驱动器,当有高压输入时,UCC256301可以自动完成起动工作,从而使应用更简单,设计更简洁。gcjEETC-电子工程专辑

为了简化对芯片的评估,TI提供了评估板套件,演示的功能包含了X电容的放电功能、混合滞回控制方法以及自适应的burst模式的控制。除了评估版,TI还提供了针对各种工业应用提供更完整的解决方案,包括24路输出、480W额定输出功率、720W峰值功率、>93.5%高效AC/DC工业电源参考设计;以及80+铂、93%效率、单层PCB的450W AC/DC参考设计。gcjEETC-电子工程专辑

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邵乐峰
ASPENCORE 中国区首席分析师。
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