供应交流-直流(AC-DC)离线控制器NCP1396AG

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采用NCP1605/NCP1396/NCP1027来克服传统拓扑结构的局限

    1)架构概览。首先,从架构上来说,在前端使用有源功率因数校正技术就可对系统进行优化,因为PFC输出电压经过了很好的稳压。有源PFC前端的实现可以通过使用PFC专用控制芯片NCP1605来进行。NCP1605是安森美半导体推出的一款能够采用固定非连续导电模式(DCM)或临界导电模式(CRM)工作的增强型高压、高能效待机模式功率因数控制器。这器件集成了构建稳固PFC段的所有功能,可以采用PFC主控端方式工作,确保电源的初级dc-dc转换只有在安全情况下才会启动。在最紧迫的条件下,临界导电模式(CRM)也能够实现,而不会降低功率因数,且这电路能被视为带有频率钳位(由振荡器提供)的CRM控制器。最后,NCP1605指在提供这两种模式的优点但没有它们各自的缺点。而且,这电路为不同工作条件集成了诸多保护功能,并使用了一些特别电路,如跳周期功能,来降低PFC段在空载条件下的功耗,可将待机能耗降至。

    在开关电源段,使用的是半桥谐振双电感加单电容(LLC)拓扑结构。这种拓扑结构具有一系列的优势,能够提升能效、降低电磁干扰(EMI)信号,并且提供更好的磁利用。在这种架构中,NCP1396用于实现半桥谐振LLC转换器的最有效控制方案。NCP1396是安森美半导体推出的一款内置上桥端与下桥端MOSFET驱动电路的高性能谐振模式控制器。NCP1396可以外部设定开关频率且精度高,通过专有高电压技术支持,这款控制器应用在能够接受高达600 V本体电压半桥式应用的自举MOSFET 驱动电路上。此外,可调整的死区时间可以帮助解决上方与下方晶体管相互传导的问题,同时确保初级开关在所有负载情况下的零电压转换(ZVS),并轻松实现跳周期模式来改善待机能耗以及空载时的工作效率。

    而在待机输出电路方面,通过使用NCP1027使得更高集成度成为可能。这款PWM稳压器也集成了高压开关MOSFET,以在同一个封装中提供开关电源的所有功能。

    总的来看,这参考设计所选择的架构允许对设计进行优化,从而能够获得所想要的性能,但又不会过多地增加元件成本和电路复杂程度。

    2)主电源:NCP1396。在对主电源进行探讨之前,我们先分析一下半桥谐振LLC拓扑结构,这种拓扑结构是串行谐振转换器(SRC)的其中一种结构,已经开始在液晶电视或等离子电视等消费类应用中广泛使用。在这些特别的应用中,输出功率等级都较高,一般在200W到600W之间。

    半桥谐振LLC转换器对于传统的拓扑结构而言,是一种有吸引力的备选方案,原因有多项。这种转换器的优势包括:

    * 基于完整负载范围的零电压开关(ZVS):在零漏极电压条件下进行开关切换。开通损耗因此接近于零,与半桥相比EMI信号质量更佳,而半桥拓扑是工作在硬开关条件下。

    * 低关断电流:开关在低电流条件下关断,因此关断损耗也比半桥拓扑更低。

    * 副二极管可进行零电流关断:当转换器工作在满载条件下时,输出整流器会在零电流时关断,从而减少EMI信号问题。

    * 无需增加元件数量:元件数量基本上与传统半桥拓扑相当。

    * 良好的交互调节功能:尽管事实上采用单个开关电源器件来同时为面板提供24 V电压和为CAVIO板提供12 V电压,但背光的数字调光并不会与两路输出电压的调制产生干扰。

    图2就是这种结构转换器的结构示意图。50%占空比的半桥为谐振电路提供在零到输入电压Vin之间摆动的高压方波。通过采用压控振荡器(VCO)来调节频率,反馈回路可以根据功率需求来调节输出等级。如图2所示,该谐振电路由电容Cs,以及两个电感Ls和Lm串联组成。其中的Lm电感代表的是变压器磁化电感,它与Ls和Cs一起,会构成一个谐振点。这个电感上的负载产生的反射要么会令谐振点从电路上消失(在大负载电流条件下,Lm会被电阻值较小的、发生了反射的负载电阻RL所完全短路),要么会使其在轻载条件下继续与串联电感Ls串联。其结果是,根据负载条件的不同,谐振频率会在最小与最大之间变动:

    工作频率取决于功率需求。在低功率条件下,工作频率相当之高,且离谐振点相当远。但在高功率条件下,控制回路会降低开关频率,并会采用其中某个谐振频率来为负载提供必需的电流。

    这种拓扑结构的工作特性就象是一个取决于频率的分频器。

 

    其中:RL是真实的负载阻抗;N是变压器匝比。

    接下来我们再分析一下NCP1396的保护特性。NCP1396具备多重保护功能,提供更好的电路保护,带来更安全的转换器设计而不增加电路的复杂度。NCP1396的各种强化保护功能包括反馈环路失效侦测、快速与低速事件输入,以及可以避免在低输入电压下工作的电源电压过低侦测等。得益于NCP1396的保护特性,这器件不同于其它谐振控制器。这器件能够对下列不同输入作出响应:

    * 快速事件输入(Fast events input):类似过流条件,需要关闭(休眠模式)或是成为一种强迫受控突发模式(低输出功率时跳周期)的方式。

    * 低速事件输入(Slow events input):这种输入作为延迟的关闭,这其中类似瞬态过载的事件不会立即停止脉冲,但会启动定时器。如果事件持续的时间比定时器所定时间要长,那么所有脉冲都将中止。

    在本方案中的辅助反激电源中还使用到了待机电源NCP1027。玫缭刺峁┪榷ǖ腣cc来在所有工作条件下为固定频率功率因数校正(PFC)控制器NCP1605、谐振模式控制器NCP1396供电,但它也为这些器件提供5V电压,因为这些器件在待机模式下必须保持工作状态。NCP1027的特性包括:

    * 欠压检测:这控制器不允许在低主电源电压条件下工作。你可以调节电路开始或停止工作的等级。

    * 斜坡补偿:用于连续导电模式(CCM)的设计帮助减少导电损耗。然而,在低输入电压(85 Vac)条件下,占空比可能超过50%,且存在次谐波振荡的风险。一个简单的接地电阻可注入适当的补偿等级。

    * 过载保护:连接至本体的电阻网络降低了峰值电流能力,并且相应地在高线控制最大功率。由于这种操作独立于辅助电压Vcc来进行,这设计在简单性和执行速度上受益。

    * 闩锁输入:一些PC制造商要求在出现外部故障(如过温)时能够完全闩锁。该控制器通过专用输入来实现闩锁功能。

    * 频率抖动:开关频率(此处为65 kHz)在工作期间进行调制。当测试EMI时,这就会自然地扩展谐波含量,并降低峰值。

    图4提供了本参考设计的完整电路图。如图所示,安森美半导体可以提供LCD TV电源中每个模块所需的器件,另外通过合理的设计折衷决策,安森美半导体可帮助以成本实现最佳性能。

    输入电压:85 Vac到265 Vac的通用输入, 频率为47至63 Hz

    主电源输出电压:
    * 24 V / 6 A
    * 12 V / 3 A
    * 30 V / 1 A

    待机电源:
    * 5 V / 2.5 A
    * 5 V电源的电流消耗为100 mA时,输入功率Pin小于1 W。

本参考设计的性能小结:

1)能效


2)待机能耗。

 
 
型号/规格

NCP1396AG/NCP1396ADR2G

品牌/商标

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