計算機(jī)、服務(wù)器及平板電視向來是能效規(guī)范機(jī)構(gòu)的重要目標(biāo)，這些設(shè)備必須在滿足高性能的同時符合最新能效要求。安森美半導(dǎo)體身為領(lǐng)先廠商，一直致力于推出符合最新能效規(guī)范的電源控制器。本文將介紹安森美半導(dǎo)體應(yīng)用于計算機(jī)ATX電源及平板電視的高能效、高性能功率因數(shù)校正(PFC)及半橋諧振雙電感加單電容(LLC)組合控制器NCP1910的主要特性及電源段的應(yīng)用設(shè)計要點(diǎn)，幫助工程師更好地采用NCP1910進(jìn)行相關(guān)的電源設(shè)計。

現(xiàn)有方案及存在的問題

用于上述電源設(shè)計的現(xiàn)有方案存在的最大問題是元器件數(shù)量太多，首先必須要有帶主電源輸入欠壓(LBO)保護(hù)功能的PFC控制器，還要有帶輸入欠壓(BO)保護(hù)及閂鎖功能的LLC控制器；用于處理“功率良好”(PG)信號的比較器，以及用于感測的額外電路也必不可少。此外，為了實(shí)現(xiàn)次級端過壓保護(hù)(OVP)，需要可控硅整流器(SCR)、比較器及感測電路；為了提供LLC短路保護(hù)(SCP)并兼顧PFC工作異常狀況，還需要其他一些元件。如果能在一個單芯片中結(jié)合所有功能，實(shí)現(xiàn)一種組合控制器就可以使這些問題迎刃而解。

高性能CCM PFC及LLC組合控制器的優(yōu)勢

安森美半導(dǎo)體推出的NCP1910在單芯片中結(jié)合了PFC和LLC控制器，集成了這兩個轉(zhuǎn)換器所需的全部信號交換(handshaking)功能，既可提高可靠性，又可支持更簡單、更高密度的設(shè)計。NCP1910采用SOIC-24封裝，適用于高功率的ATX、一體機(jī)(all-in-one)及服務(wù)器、平板電視電源。圖1是采用NCP1910的典型應(yīng)用電路圖共用電路，它包括遠(yuǎn)程PFC段、LLC段，以及實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通/關(guān)閉、功率良好(PG)等的共用電路。

圖1：采用NCP1910的典型應(yīng)用電路圖

PFC段具有以下一些特性：
• 固定頻率連續(xù)導(dǎo)電模式(CCM) PFC可提供65kHz,100kHz、133kHz及200kHz選擇；
• 可編程過流閾值提供優(yōu)化的感測電阻；
• 過功率限制可根據(jù)平均輸入電壓限制電流；
• PFC異常保護(hù)，可以在出現(xiàn)PFC異常的情況下，器件停止工作，即使輸入為高線路電壓；
• 欠壓保護(hù)可避免反饋網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)錯誤連接的情況下受損；
• 快速瞬態(tài)響應(yīng)旨在維持Vbulk穩(wěn)壓：
--過壓保護(hù)可自動恢復(fù)OVP閾值(穩(wěn)壓電平的105%)；
--動態(tài)響應(yīng)增強(qiáng)器可在Vbulk降至低于其穩(wěn)壓電平的95%時，使用其內(nèi)部200µA電流源來加快穩(wěn)壓環(huán)路速度；
• 冗余OVP (OVP2)使用專用引腳來閂鎖Vbulk OVP；
• 可調(diào)節(jié)線路輸入欠壓帶50ms消隱時間(blank time)，避免在低輸入電壓時受損；
• Vin2前饋可優(yōu)化功率因數(shù)；
• Power Boost可在極端線路瞬態(tài)條件下調(diào)節(jié)Vbulk(如264Vac→90Vac)；
• 可調(diào)節(jié)頻率反走提升輕載能效；
• 軟啟動；
• 圖騰柱(Totem Pole)驅(qū)動能力為±1.0A門驅(qū)動器。

LLC段具有以下一些特性：
• 25kHz至500kHz的寬工作頻率范圍；
• 板上固定死區(qū)時間為300ns，可避免shot-through；
• 在軟啟動或重啟時，專用引腳將SS電容放電至地，從而提供平順的輸出電壓上升；在LLC被CS/FF引腳(>1V)或BO功能關(guān)閉時，SS引腳給CSS放電，并提供純粹的軟啟動；
• 高壓驅(qū)動器門驅(qū)動器為+0.5A-1.0A；
• 雙故障保護(hù)電平位于CS/FF引腳：
--CS/FF >1V：LLC轉(zhuǎn)換器立即通過將CSS接地來增加開關(guān)頻率。這是一種自動恢復(fù)保護(hù)模式；
--CS/FF >1.5V：當(dāng)故障嚴(yán)重并使CS/FF高于1.5V時閂鎖；
• 可調(diào)節(jié)輸入欠壓(BO)，F(xiàn)B引腳電壓占Vbulk的一部分，不需要高壓感測軌，可以省電；
• NCP1910B有跳周期工作功能，當(dāng)反饋腳電壓低于0.4V時，LLC驅(qū)動器進(jìn)入跳周期模式，降低頻率，提升輕載能效。

簡便的設(shè)計方法

使用NCP1910進(jìn)行設(shè)計過程非常簡單，只要三步即可完成，如圖2所示。第一步是設(shè)計PFC段，第二步是設(shè)計LLC段，第三步是設(shè)計信號交換部分。

電路中的BO及PG電平是由R1、R2、R3決定的，無須感測高壓。BO電平在Vbulk電平(如300V，取決于電源系統(tǒng)的設(shè)計要求)時使LLC停止工作；PG電平在Vbulk電平時，器件通知次級端監(jiān)控電路，產(chǎn)生功率故障(Power Fail)信號；在PFC頻率反走輸入功率級時，PFC開始降低工作頻率。

提升能效的具體技巧包括：PFC段和/或LLC段運(yùn)用熱關(guān)閉及過流、過壓、欠壓、過功率、輸入欠壓等保護(hù)特性，以及頻率反走、跳周期等。為了幫助設(shè)計，安森美半導(dǎo)體還提供演示電路板(原型板)，其輸入電壓為90v-265vac，輸出為12V/25A，5V/2A(用于待機(jī))。

 
圖3：演示電路板

能效測試結(jié)果表明，該演示電路板的能效等級目標(biāo)，如典型負(fù)載能效及功率因數(shù)、空載及待機(jī)輸入能耗等如表1所示。

表1：能效等級目標(biāo)
 

總結(jié)

安森美半導(dǎo)體的ATX電源新產(chǎn)品NCP1910高性能組合控制器在單顆IC中集成了功率因數(shù)校正(PFC)和主電源段控制器，具有PFC獨(dú)立OVP、PFC動態(tài)響應(yīng)增加器、PFC輕載頻率反走、寬頻率范圍LLC、帶高壓驅(qū)動器及極佳OCP、遠(yuǎn)程導(dǎo)通/關(guān)閉控制及組合管理，可以為臺式個人計算機(jī)、平板電視提供高能效、高性能的電源設(shè)計。