如何增加AC/DC電源設計采用PFC+LLC拓撲時的靈活性

作者：時間：2018-08-14 來源：網絡

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對于80～800W的通用交流輸入AC / DC電源設計，單級升壓PFC加上半橋LLC被認為是一種非常流行的拓撲。一般傳統(tǒng)做法，這樣的電源設計會采用模擬PFC+模擬LLC, 分開或者組合的封裝。然而即使對于經驗豐富的電源設計師而言，類似的PFC+LLC仍然設計起來相當困難。通常情況下，這些設計可能涉及BOM中一百多個組件，每個原型迭代可能需要幾個星期到幾個月來構建和測試，并且可能需要長達一年以上才能投入生產。難度還在于終端客戶會在不同設計階段甚至在量產時，提出新的功能要求，這使得電源供應商不得不重新設計并再次重新運行整個設計周期。雪上加霜的是，某些情況下新的功能要求并不能由現(xiàn)有的IC解決方案實現(xiàn)。例如，終端客戶發(fā)現(xiàn)他們的新一代產品在短路故障中需要實現(xiàn)自動重啟功能，但是現(xiàn)設計出的IC在這樣的故障中只能實現(xiàn)鎖定保護。電源供應商可能會要求IC供應商設計出具有該功能的新IC，但是一般供應商也只有在該客戶值得花費時間和精力的情況下才會去設計新IC，而且這可能會花費幾個月的時間才能完成具有新功能的樣品!

本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/201808/386621.htm

對于電源各種各樣的性能要求每年在不斷加強，這給電源設計師添加了更多的挑戰(zhàn)，例如，歐洲CoC標準Tier2將于2016年1月實施，但大部分電源至今尚不能滿足其空載功耗要求(見表1)。特別是對于PC電源市場，越來越多的終端客戶都要求電源供應商提高效率和功率因數(shù)，以滿足黃金、鉑金甚至鈦金的效率標準(見表2)。

表1: 外置電源能量效率實施標準

表2: 對于PC電源80 plus的效率要求

除了能量效率，終端客戶通常也會要求其他的特性，如高功率因數(shù)，快速的瞬態(tài)響應，多級保護功能等。而其中一些特征如果采用模擬電路是難以實現(xiàn)的。為了滿足客戶要求，電源供應商使用數(shù)字控制來提高性能，獲得精確快速的采樣和更好的控制回路設計等優(yōu)勢。然而，在AC-DC領域的客戶可能總是需要使用額外的DSP(數(shù)字信號處理器)或MCU(單片機)來實現(xiàn)數(shù)字化控制，而且常常需要雇用嵌入式開發(fā)的程序員，這都增加了開發(fā)和生產成本。數(shù)字控制常常被認為是“高端且成本高昂”,所以一般只在某些高端電源如服務器,電動跑車充電等應用中使用。

綜上所述，電源設計人員面臨的一些挑戰(zhàn)是：

1.從設計到生產各階段終端客戶多變的需求;

2. 從空載到滿載的高效率、高功率因數(shù);

3.昂貴且難以實現(xiàn)的數(shù)字控制。

為了改善這種情況，一種解決辦法是使用一個足夠小、速度以及內存正好滿足需求的數(shù)字核用于AC-DC控制，并使用圖形用戶界面(GUI)來配置所有主要功能(見圖2)。其優(yōu)勢如下：

1，靈活的設計，即使處于生產階段中, 許多主要功能都可以被重新配置，不會延遲交付, BOM幾乎不需要改動;

2.超乎所有模擬IC的高效率、高功率因數(shù)、快速的響應速度;

3.與模擬控制器相似的成本;

4.去除某些外部組件，如各種設定時間/頻率的RC，節(jié)約BOM成本;

5.內置由IC供應商提供的程序，客戶可自定義各種不同的配置而不需編程。原廠對所有客戶不論規(guī)模大小,都會根據(jù)不同程序配置, 定位一個或多個特殊的料號。

我們設計了一種使用這種數(shù)字芯片的PFC+LLC組合控制器，該芯片的性能符合高端PC電源市場認證，例如Energy Using Product(EuP)指令 Lot6和Code of Conduct第五版Tier2。這是通過在無負載情況下提供小于150mW的輸入功率和在250mW載荷下提供小于500mW的輸入功率條件下實現(xiàn)的。為了滿足80 Plus 鈦金準則，在20?100%負荷和VIN=230VIN的情況下，功率因數(shù)也必須高于0.95(見圖3和圖4)。

除了高端個人計算機，其他AC / DC應用也可以受益于該IC，使得系統(tǒng)性能得到提升，如電視機、游戲機、手提電腦、LED街燈、服務器、電池充電器等等。未來除了PFC+LLC的組合IC, MPS還會推出一個獨立的數(shù)字PFC IC, 可與flyback IC共同工作。