電源設(shè)計(jì)：集中控制讓電源設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單

好幾年前，當(dāng)我為液晶電視設(shè)計(jì)我的第一個(gè) AC/DC 電源時(shí)，我添加了許多額外的保護(hù)電路，以確保電源符合安全和節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)等規(guī)定。圖 1 顯示了 那些年前 LCD TV 電源的簡(jiǎn)化框圖。

我應(yīng)用了一個(gè)泄放電阻，以確保電磁干擾濾波器中的 x 電容器在一定時(shí)間內(nèi)放電到對(duì)人體安全的電壓水平，并符合 EN60950 安全標(biāo)準(zhǔn)。在待機(jī)模式下，我應(yīng)用了額外的輔助電源以滿足能源之星的要求。電源還需要外部輸入欠壓保護(hù) (UVP) 和 DC/DC 開(kāi)/關(guān)遲滯電路，以確保在 AC 開(kāi)/關(guān)循環(huán)和其他關(guān)鍵測(cè)試期間的生存。

圖 1：10 年前的簡(jiǎn)化液晶電視電源框圖

由于電源上有如此多的電路，因此很難降低總體材料成本，并且印刷電路板布線變得更加困難。由于電力電子和半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步，我們現(xiàn)在能夠?qū)⑽?/span> 10 年前添加的許多外部電路集成到單個(gè) IC 中。例如，UCC29950是一款集中式控制器，能夠驅(qū)動(dòng)連續(xù)導(dǎo)通模式 PFC 電路和 LLC 諧振轉(zhuǎn)換器，具有集成輸入 UVP、x 電容器放電和 DC/DC 開(kāi)/關(guān)遲滯。此外，集中控制方案允許 IC 從 PFC 和 LLC 級(jí)收集信息并進(jìn)入或不進(jìn)入待機(jī)模式。

提高功率密度最有效的方式就是提高開(kāi)關(guān)頻率，高頻下的磁性元件體積會(huì)大幅度減小，但頻率的提高會(huì)使開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)損耗加大，對(duì)變換器的效率造成影響。采用高頻工作將大大降低無(wú)源器件的尺寸，如變壓器和電感器等。但隨之而來(lái)的開(kāi)關(guān)損耗對(duì)高頻工作帶來(lái)了不利影響，嚴(yán)重制約了開(kāi)關(guān)頻率的不斷提高。為減少開(kāi)關(guān)損耗和整流損耗，提高開(kāi)關(guān)電源變換器的工作效率，因此提出了諧振軟開(kāi)關(guān)技術(shù)。LLC 諧振變換器電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能實(shí)現(xiàn)初級(jí)主開(kāi)關(guān)管的零電壓（ZVS）導(dǎo)通和次級(jí)整流管的零電流（ZCS）關(guān)斷，設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單。同時(shí)，電流波形呈正弦化，開(kāi)關(guān)損耗和噪聲可大幅度減少，有效地減少了電磁輻射的干擾。

UCC29950為帶有CCM升壓功率因數(shù)校正（PFC）級(jí)和LLC轉(zhuǎn)換器級(jí)的AC-DC轉(zhuǎn)換器提供所有控制功能?？刂破鹘?jīng)過(guò)優(yōu)化，易于使用。
專有的CCM PFC算法使系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)高效率、更小的轉(zhuǎn)換器尺寸和高功率因數(shù)。集成LLC控制器可實(shí)現(xiàn)高效DC-DC轉(zhuǎn)換級(jí)，利用軟開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)低EMI噪聲。組合控制器中PFC控制和LLC控制的集成允許控制算法利用兩個(gè)階段的信息。
該控制器包括用于使用耗盡模式MOSFET啟動(dòng)的控制電路，該MOSFET具有內(nèi)部設(shè)備電源管理，該內(nèi)部設(shè)備電源管理最小化外部組件需求并有助于降低系統(tǒng)實(shí)施成本。
為了進(jìn)一步降低待機(jī)功率，集成了一個(gè)X-Cap放電電路。UCC29950實(shí)現(xiàn)了一整套系統(tǒng)保護(hù)功能，包括交流線路斷電、PFC總線欠壓PFC和LLC、過(guò)電流和熱關(guān)機(jī)。

特性：

●高效PFC半橋諧振LLC組合控制器
●連續(xù)傳導(dǎo)模式（CCM）升壓功率因數(shù)校正
●支持自偏置或輔助（外部）偏置操作模式
●PFC回路完全內(nèi)部補(bǔ)償
●PFC級(jí)設(shè)計(jì)分為3個(gè)簡(jiǎn)單步驟（設(shè)計(jì)電壓反饋、電流反饋和功率級(jí)）
●固定的100 kHz PFC頻率，帶有抖動(dòng)，易于符合EMI要求
●真實(shí)輸入功率限制，與線路電壓無(wú)關(guān)
●固定LLC頻率工作范圍為70 kHz至350 kHz
●LLC半橋功率級(jí)的死區(qū)時(shí)間在負(fù)載范圍內(nèi)變化，以擴(kuò)展ZVS范圍
●三電平LLC過(guò)電流保護(hù)
●持續(xù)過(guò)載和短路電源保護(hù)的Hiccup模式操作
●通過(guò)主動(dòng)控制高壓?jiǎn)?dòng)MOSFET和X-Cap放電功能實(shí)現(xiàn)低待機(jī)功耗
●內(nèi)置軟啟動(dòng)和變頻器排序，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)
●交流線路斷電保護(hù)，帶故障指示燈
●PFC總線過(guò)壓和欠壓保護(hù)
●超溫保護(hù)
●外部門驅(qū)動(dòng)器，可隨功率級(jí)別擴(kuò)展
●SOIC-16封裝

應(yīng)用UCC29950時(shí)，即使沒(méi)有額外的輔助電源，電源也可以在空載時(shí)具有低功耗。因此，電源框圖將簡(jiǎn)單得多（參見(jiàn)圖 2），但仍提供與圖 1 所示相同的功能。

圖 2：簡(jiǎn)化的 UCC29950“無(wú)待機(jī)”電源框圖

具有集中控制的電源可以大大減少元件數(shù)量和電路成本。由于控制器集成了許多保護(hù)功能，可靠性提高了，電源發(fā)生災(zāi)難性故障的機(jī)會(huì)也減少了。