諧振控制器和PFC控制器介紹

　　1. 簡(jiǎn)介

　　現(xiàn)代電子設(shè)備功能越來(lái)越多。比如計(jì)算機(jī)性能不斷提升，電視屏幕越來(lái)越大。但是，增加設(shè)備功能通常會(huì)帶來(lái)高功耗，不利于環(huán)境保護(hù)。提高電源效率是降低功耗的方法之一。諧振拓?fù)渚哂休^高效率，很多大功率消費(fèi)電子產(chǎn)品和計(jì)算機(jī)都采用了這種電源拓?fù)?，比如：液晶電視、等離子電視和筆記本電腦適配器。恩智浦專(zhuān)業(yè)諧振控制器可以幫助設(shè)計(jì)人員打造出高效的諧振電源。恩智浦除在提高能效方面下功夫外，還特別重視電源解決方案的可靠性。本文介紹了恩智浦最新的諧振控制器產(chǎn)品：TEA1713和TEA1613。這兩款器件采用了相同的新一代半橋諧振控制器，而TEA1713諧振控制器還集成了功率因數(shù)校正(PFC)控制器。

　　2. 半橋LLC諧振轉(zhuǎn)換器

　　2.1 半橋諧振轉(zhuǎn)換器拓?fù)浜?jiǎn)介

　　圖1：諧振拓?fù)?/p>

　　諧振轉(zhuǎn)換器由直流高壓電源(升壓)供電，直流電源通常由前置PFC轉(zhuǎn)換器部分產(chǎn)生。諧振回路(或LLC回路)由電容器Cr和帶Lr(漏電感)和Lp(勵(lì)磁電感)的變壓器組成，由2個(gè)高壓MOSFET器件驅(qū)動(dòng)。半橋控制器(HBC)交替驅(qū)動(dòng)兩個(gè)MOSFET。電流大小由工作頻率決定。二次側(cè)高頻交流電壓通過(guò)整流和濾波獲得直流輸出電壓(Vout)。

　　2.2 自適應(yīng)死區(qū)時(shí)間控制

　　由于MOSFET器件能夠?qū)崿F(xiàn)軟開(kāi)關(guān)，也稱(chēng)為零電壓開(kāi)關(guān)(ZVS)，這就為諧振轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)高效工作提供了可能。如果兩個(gè)MOSFET開(kāi)關(guān)動(dòng)作之間有足夠長(zhǎng)的死區(qū)時(shí)間，半橋電壓(HB節(jié)點(diǎn))可以完全上升或下降，MOSFET即能實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)關(guān)。通過(guò)這種方式可以最大程度降低開(kāi)關(guān)損耗。

　　在半橋斜坡(上升沿/下降沿)結(jié)束后，一次側(cè)電流會(huì)流過(guò)MOSFET內(nèi)較高阻抗的體二極管，直至MOSFET器件打開(kāi)。因此，死區(qū)時(shí)間太長(zhǎng)會(huì)造成導(dǎo)通損失。

　　半橋斜坡速度以及死區(qū)時(shí)間取決于頻率、輸出負(fù)載、輸入和輸出電壓。采用固定死區(qū)時(shí)間的控制器，死區(qū)時(shí)間無(wú)論是內(nèi)部固定還是外部可配置的，電源設(shè)計(jì)人員難于找到合適的值。

　　恩智浦新一代諧振控制器實(shí)現(xiàn)了真正的逐周期自適應(yīng)死區(qū)時(shí)間控制。HBC控制器先進(jìn)的電路可以偵測(cè)到半橋斜坡結(jié)束點(diǎn)，確保在最佳時(shí)機(jī)開(kāi)通MOSFET，實(shí)現(xiàn)真正的無(wú)損切換。參見(jiàn)圖2，最大程度減少體二極管導(dǎo)通時(shí)間的同時(shí)實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)。自適用死區(qū)時(shí)間功能簡(jiǎn)化了諧振電源設(shè)計(jì)，最大程度提高了電源效率。

　　圖2：自適應(yīng)死區(qū)時(shí)間

　　2.3 諧振轉(zhuǎn)換器優(yōu)化啟動(dòng)

　　2.3.1 軟啟動(dòng)平衡

　　諧振轉(zhuǎn)換器以高頻啟動(dòng)，確保起始電流在安全范圍內(nèi)。隨后開(kāi)始掃頻，頻率逐步降低，直至達(dá)到正常工作頻率。這一過(guò)程即為軟啟動(dòng)。軟啟動(dòng)掃描速度是折衷平衡的結(jié)果：

　　· 一方面，軟啟動(dòng)應(yīng)盡可能快，以便迅速達(dá)到設(shè)定的輸出電壓。在很多諧振電源設(shè)計(jì)中，控制器還通過(guò)緩沖電容器由諧振變壓器供電。變壓器輸出電壓的速度越快，所需緩沖電容充電量就越小，有利于降低緩沖電容規(guī)格。

　　· 另一方面，軟啟動(dòng)頻率掃描應(yīng)盡可能慢，以避免過(guò)大的浪涌電流。浪涌電流幅度取決于輸入電壓、軟啟動(dòng)掃頻速度以及與負(fù)載相關(guān)的輸出電壓上升情況，因此在實(shí)際操作中很難預(yù)測(cè)。電源設(shè)計(jì)人員必須選擇最慢的掃頻速度，以適應(yīng)最大負(fù)載時(shí)的最壞情況。

　　恩智浦諧振控制器TEA1713和TEA1613具有多重功能，可以在各種啟動(dòng)條件下實(shí)現(xiàn)快速、安全、可控啟動(dòng)。

　　2.3.2 雙速軟啟動(dòng)機(jī)制

　　對(duì)于掃頻的前半部分，由于電流大小受頻率影響不大，雙速軟啟動(dòng)機(jī)制的掃頻速度要比正常掃頻速度快4倍。前半部分快速描頻可以縮短頻率下降過(guò)程，減少啟動(dòng)時(shí)間。

　　當(dāng)頻率下降接近工作頻率時(shí)，由于靠近諧振頻率，電流對(duì)頻率變化敏感度提高，電流增速也相應(yīng)提高。減慢后半部分掃頻速度可以控制電流和輸出電壓過(guò)沖。

　　2.3.3 感應(yīng)交流電流實(shí)現(xiàn)過(guò)流調(diào)整

　　高的浪涌電流會(huì)對(duì)地產(chǎn)生干擾，或者需要增加功率MOSFET器件/整流二極管的額定電流值。通過(guò)過(guò)流調(diào)節(jié)(OCR)將電流限制在用戶(hù)設(shè)定的安全范圍，可以解決這一問(wèn)題。

　　OCR可以檢測(cè)出一次側(cè)諧振電流，如果該電流超過(guò)用戶(hù)設(shè)定的電流值，則增大頻率。利用這一功能，電源設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)典型應(yīng)用條件選擇快速軟啟動(dòng)速度。對(duì)于特殊條件，比如滿(mǎn)載啟動(dòng)，OCR通過(guò)減慢掃頻速度可將電流限制在安全范圍。

　　OCR通過(guò)雙速軟啟動(dòng)機(jī)制控制來(lái)頻率，作為兩種有效手段之一，通過(guò)這種方法更容易實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的電流調(diào)節(jié)。圖3給出了啟動(dòng)期間輸出電壓上升期OCR被激活示例。

　　圖3：?jiǎn)?dòng)電流調(diào)節(jié)