TI新一代LLC控制器UCC256301实现业界最低待机功耗

2017-10-30 18:24:33来源: EEWORLD 关键字:LLC控制器

“对于电子设备的嵌入式电源系统而言,都需要尺寸越来越小,功耗越来越低,从而减少设备的用电量和发热量,同时也希望对电网的影响越来越小,以及设备的待机功耗越来越小。”TI大功率电源控制器应用经理唐华日前表示。


“大家可能想不到全球电子设备待机消耗的电量已经相当于50个大型发电厂的年发电总量,而家用电器的待机功耗已占家庭总耗电量12%到18%,所以降低待机功耗迫在眉睫。”唐华说。


     


      TI大功率电源控制器应用经理唐华


唐华介绍了TI推出的新一代LLC 控制器UCC256301,“该产品能够实现业界最低的待机功耗,同时使用这颗芯片系统,可以得到优异的空载效率,同时这颗芯片集成了高压驱动器,以及对X电容放电的集成电路,使电源系统的设计变得非常地简洁。”


具体数据来说,采用该芯片的电源系统可以实现小于40毫瓦的待机功耗;相对于传统的直接频率控制的方式,UCC256301可使瞬态响应提高10倍,在10%的负载情况下,可以实现90%的轻载效率,从而满足欧盟的CoC  Tier2的节能指令和美国能源部6级能耗能效标准。


全新burst模式 突破待机功耗


传统的LLC调制方式在输出功率比较大的时候开关频率比较低,在输出功率比较小的时候开关频率则会非常高。而当开关频率高时,会产生开关损耗和变压器的磁极损耗、驱动损耗,这样会造成轻载时的效率降低。


UCC256301采用了全新的burst模式,如果变换器输出的功率小,环路的输出会降低,当低到关断阈值时,MOS管就会彻底关断,能量不会从输入端流到输出端,输出电压就会自动下降。而当输出电压下降之后,环路输出又开始上升,当环路输出值超过开通阈值时,变换器又开始正常工作,输出电压开始上升,由于开通阈值远远高于关断阈值,所以变换器在轻载时会有较长的时间不工作,以实现零待机功能。


该burst采用了自适应模式,因为传统的burst控制模式下,进入或退出burst阈值是固定的,但是带来一个坏处,在不同的输入电压下,进入或退出burst模式时的输出电流值是变化的,但大部分电源设计者和电源使用者都希望进出burst的电流值能够固定,所以UCC256301会检测输出电压值,从而自动调整阈值,以达到恒定负载进出。


混合滞回控制专利技术使UCC256301领先一代


UCC256301使用了TI新开发的混合滞回控制专利,混合滞回控制是TI新研发的一种控制方法,相对于传统的频率直接控制方法,通过使用混合滞回控制,可以使用环路输出的控制量直接来控制变换器的输入功率,由控制信号到输出电压的传递函数就由非常复杂的传递函数简化成一阶系统,做补偿就非常简单。因此可以实现带宽的提升达到十倍以上,瞬态响应的速度也会提高10倍以上。通过提高瞬态响应速度,可以降低输出电容至少20%。通过提高动态响应还可以使系统进入深入burst模式,从而不影响系统的响应性能。


由于LLC震荡的动态响应和传统控制方法相比带来的动态响应比较差,所以系统设计通常需要增加输出电容以提高动态响应,这就导致电源系统尺寸变大,通过采用混合滞回控制则可有效避免或者降低该现象。


随着带宽的提高,低频的增益也会随之提高,这样可抑制低频信号对输出的干扰。比如PFC的输出电压都会有100赫兹的正悬扰动波,在LLC控制器方案当中会耦合到输出端,但高的低频增益可以把低频的干扰滤除掉,从而确保纹波处在较低水平。


唐华表示,混合滞回控制目前只用在LLC控制器中,但由于它是内环控制方法,该方法可以在电源行业得到广泛应用。比如传统的PCM控制,也是内环控制,当使用混合滞回控制之后,同样可以提高系统的瞬态响应。


高集成度确保系统更省电更简单


UCC256301集成了丰富的故障保护功能,例如LLC非常容易出现的零电流开通的问题,该芯片可以自动规避零电流开通的发生,所以保护了缘边的MOS管,延长了系统的使用寿命。


UCC256301内部还集成了众多功能电路,首先是集成了关机后X电容的自动放电功能,所有的AC/DC的电源为了避免对电脑产生EMI干扰,都会使用X电容,但是X电容在电源和电网脱离之后,也会存储一定的能量,会存在危险电压的,为了解决这个问题,传统的设计会在X电容两端并联放电电阻,但是电阻会一直和电网相连,会造成不必要的损耗。UCC256301内部集成了X电容的放电MOS管,当系统正常工作的时候,该MOS管关断,不会产生额外的损耗,当它检测到和电网脱离,就会导通MOS管,让X电容的能量迅速卸放掉,避免危险。


另外UCC256301中集成了高压启动电路,这就意味着系统无需设计专用辅助电源电路,接到高压输入时可以自动完成起动工作。第三是集成了高压驱动电路,不需要外置驱动器。


UCC256301的市场应用范围广泛,可以满足各种AC/DC的固定电源,常用的领域有电视机电源,PC机电源,笔记本的适配器,还有电动工具的电源,电池的充电器以及其他的家用电器的电源和其他行业使用的电源设备。


此外,唐华透露TI还会在LLC控制器,PFC控制器,反激芯片组、氮化镓以及栅极驱动器等领域不断推陈出新。

为了简化对芯片的评估,TI也提供了评估板套件,演示的功能包含了X电容的放电功能、混合滞回控制方法以及自适应的burst模式的控制。


除了评估版,TI还提供了针对各种工业应用提供更完整的解决方案,包括24路输出、480W额定输出功率、720W峰值功率、>93.5%高效AC/DC工业电源参考设计;以及80+铂、93%效率、单层PCB的450W AC/DC参考设计。


关键字:LLC控制器

编辑:冀凯 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/dygl/article_2017103027790.html
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