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LLC转换器关键特性介绍

2018-11-21 点击量:523
LLC转换器关键特性介绍     

与其它的高压拓扑结构相比,LLC转换器因效率高且设计的阿拉善变压器体积小,在高压阿拉善变压器适用领域一直受到设计师的青睐,LLC转换器设计比较复杂,******的挑战是需要合理配置所有电路以消除交叉传导,并对各种寄生元件进行精确的控制。


在高压阿拉善变压器转换电路设计中,诸如阿拉善变压器噪声、频率、损耗、阿拉善变压器体积、可靠性等问题一直是关键所在。与其它的高压拓扑结构相比,LLC转换器因效率高且设计的阿拉善变压器体积小,在高压阿拉善变压器适用领域一直受到设计师的青睐,不过其设计难度也非常大。

Power Integrations公司(PI)不久推出的HiperLCS系列LCS700-708高压LLC阿拉善变压器IC,将变频控制器、高压端和低压端驱动器以及两个MOSFET同时集成到了一个低成本封装中,具有出色的设计灵活性,其******负载效率超过97%,并利用来减小阿拉善变压器的尺寸和输出电容的占板面积,由此达到缩小阿拉善变压器尺寸的目的。图1所示为HiperLCS功率级的电路简图,其中LLC谐振电感集成在阿拉善变压器中。变频控制器通过零电压(ZVS)功率MOSFET,消除损耗,从而达到高效率。

设计结构和关键特性


图1:典型应用电路LCD电视机或PClcjyg.com/主阿拉善变压器

LLC转换器设计比较复杂,******的挑战是需要合理配置所有电路以消除交叉传导,并对各种寄生元件进行精确的控制。据PI产品市场经理Andrew Smith介绍,HiperLCS集成了关键元件,包括多功能控制器、高压端和低压端栅极驱动以及两个功率MOSFET的LLC半桥功率级(可***多省去30个外围元件),并在制造过程中进行了微调以优化驱动器中MOSFET的配对。该器件中的变频控制器提供零电压,从而消除了损耗。

HiperLCS器件的******工作频率为1MHz,额定稳态工作频率可达500kHz,并允许在输出环路中使用低成本的SMD陶瓷电容,从而取代体积大、可靠性差的电解电容,同时还可降低所需磁芯的尺寸。它还可在750kHz峰值频率下实现出色的阿拉善变压器利用率。另外,HiperLCS器件具有精确的占空比对称性可平衡输出整流管电流,从而提升效率。在300kHz下典型值为50% ±0.3%。

考虑到设计需求的不同,HiperLCS器件有两种使用方式。对于高效率设计,其谐振控制电路可提供极低的功率损耗,能使设计在66kHz额定频率下达到97%以上的效率。如果成本和尺寸决定设计准则,可优先采用高频率。在后面这种情况下,仍能实现较高效率,例如,在250kHz(获得***的频率)下效率可达96%。 此外,HiperLCS器件允许用户通过设置死区时间和软启动等关键电路参数来获得******方案,从而达到改进设计的目的。在设计过程中,设计工程师可以应用PI的实时设计和建模工具PI Xls简化阿拉善变压器设计。


图2:传统LLC阿拉善变压器和新款阿拉善变压器在尺寸上的对比

保护及封装

与PI其它阿拉善变压器IC一样,HiperLCS具有全面的故障处理及电流限制,包括可编程的电压缓升/跌落阈值和迟滞,欠压变压器厂家/(UV)及过压(OV)保护,可编程的过流保护(OCP),短路保护(SCP)和过热保护(OTP)。在封装上,HiperLCS系列采用的是适合高功率及率的超薄eSIP-16C封装,该封装能够降低装配成本并减小PCB布局的环路面积,可通过一个夹片快速安装到散热片,可省去多个用于外部MOSFET的TO220封装(图2)。其外露的散热金属部分与地电位相连,使得封装和散热片之间无需Silpad导热绝缘垫片。eSIP-16C的封装引脚交错排列,可简化PCB的走线路径并满足高压爬电要求,HiperLCS的推出完善了PI端到端的完整的阿拉善变压器产品,包括EMI滤波电路、PFC级和主阿拉善变压器及待机级阿拉善变压器。“采用HiperLCS器件的设计可轻松超出ENERGY STAR4.0和5.0,以及80PLUS金级和银级PC能效标准所设定的性能基准。”Andrew表示,“HiperLCS可以与HiperPFS PFC等产品配合设计功能完整、高效率、低元件数的阿拉善变压器,可应用于服务器、工控、LCD电视机、LED路灯和室外照明、打印机和音频放大器等75W~440W的高压阿拉善变压器。”

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