电源控制器的变与不变 | 智慧产品圈

原创 李映 2017-11-08

  如果说有什么是电子产品的“终极使命”,那功耗无疑是最绕不过的“坎”。功耗与电源效率和电源设计密切相关,绿色节能的需求对电源性能、体积、效率、功率密度等要求不断走高。对于数字电视、家用电器游戏机、台式电脑和笔记本电脑适配器以及电动工具来说,AC/DC是必不可少的电源模块。为满足各类AC/DC应用严苛的能效标准,就必须采用 LLC谐振控制器。在提高效能“旗帜”的召唤下,LLC谐振控制器的革新成为焦点。

  新型LLC控制器的“亮点”

  要知道,LLC谐振控制器在待机功耗、满负载效率等方面发挥重要作用,特别是在待机功耗层面。据统计,日常生活中家用电器的待机功耗通常占家庭总耗电的12-18%,处于待机状态的设备所消耗的电量相当于50个大型电厂的年发电总量。因而,作为“排头兵”的LLC谐振控制器自然“重任在身”,“考核”指标不断“加码”。

  那么,可实现小于40毫瓦的待机功耗,在10%的负载情况下实现90%的轻载效率;实现快10倍的瞬态响应,并将输出电容降低20%,从而加快系统响应时间,德州仪器(TI)最新一代LLC谐振控制器UCC256301实现的“效能”为何如此亮眼?

图:TI大功率电源控制器应用经理唐华介绍UCC256301优势

这都源于TI的专利创新技术。TI大功率电源控制器应用经理唐华提到,相比传统采用直接频率调制方式,TI采用了灵活的Burst(突变)模式。唐华介绍到,通过功率与关断阈值和开通阈值的调节输出,并且由于开通阈值远远高于关断阈值,轻载时会有较长一段时间存在不工作的状态,这样就可得到好的待机功耗值,并提高轻载效率至90%。


  “UCC256301还使用了TI专利的混合滞回控制技术,使用环路输出的控制量直接来控制变换器的输入功率,这样由控制信号到输出电压的传递函数可简化成一阶系统,对一阶系统的补偿非常简单,同时实现带宽提升,相比传统方案带宽可提高10倍以上,并减少20%的输出电容,有利于系统成本降低、尺寸变小。”唐华详细说。


  此外,UCC256301实现了丰富的故障保护功能,如避免零电流开关等强大的故障保护功能以延长系统寿命。还集成了X-电容的自动放电、高压启动电路和高压驱动电路来简化设计。可以说,UCC256301可充分满足未来的电源需求。

  不同控制器应对功率要求

  面向功率需求不一的应用市场,也需要不同的控制器“思路”。对于采用LLC谐振控制器还是反激芯片组(Flyback),TI的策略是“分而治之”。

  唐华解释说,在大于150瓦以上时一般使用LLC谐振控制器,其拓扑至少有两个MOS管,效率比Flyback要高。Flyback一般在100瓦以下功率使用,只有一个MOS管,因而设计成本比较低。“在100瓦到150瓦之间是使用LLC谐振控制器和Flyback的交叉地带,如果系统需要高效率可能会选择LLC,而侧重低成本时或会使用Flyback。” 唐华表示。

  唐华举例说,笔记本电脑的适配器如果在70瓦以下,Flyback会用的比较多,在70瓦以上则会多采用LLC谐振控制器。因为消费者希望笔记本电脑的适配器越来越小,这样便于携带,业界也推出了采用LLC谐振控制器的高效适配器。

  GaN成一大应用方向

  值得注意的是,这款LLC谐振控制器采用传统的MOS管,而氮化镓(GaN)是当前功率器件的“网红”,TI对此是否有考虑?

  针对此问题,唐华提到:“这款LLC谐振控制器没有采用GaN,因为MOS管可以让客户使用低成本、更简单的开关器件,得到突破性的待机功耗和效率,并降低整体成本。”

  唐华还提及,GaN的优势在于开关损耗比较小,对于开关频率达到800K或者1兆的LLC谐振控制器,MOS管将很难做到,因而GaN的应用也会越来越多。虽然目前市场上GaN使用比例相对MOS管还是偏低,但相信这是一大方向。


  LLC谐振控制器成为TI的新发力点。除UCC256301外,客户还可将UCC256301与TI功率因数校正控制器和同步整流控制器配对,提高系统效率。“未来,TI将不断扩充端到端的高压变换器解决方案,推出其他多种多样的LLC控制器,在新一代PFC控制器、反激芯片组、GaN和栅极驱动器等领域齐头并进。”唐华总结道。

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