对于不足150W的SMPS,例如32英寸LCDTV电源,可以采用单开关准谐振(QR)或固定PWM反激式拓扑结构。
上图所示为典型32”液晶电视反激式SMPS电路简图。对于40”以上的高清LCDTV电源,功率超过200W。在此情况下,反激式电路拓扑不再适用,而应采用支持更大功率的拓扑结构,LLC谐振结构就是其中可供选择的一种。下图示出的是LLC半桥功率级简图。
半桥输出驱动变压器Tl。谐振电感器LR、T1初级LM和谐振电容CR,组成LLC谐振电路。在实际应用中,通常将LR合并到LM中,这样就形成了LC谐振电路,但仍然称其为LLC谐振电路。
PFC/LLC控制器PLC810PG
1.封装及引脚功能PLC810PG采用24引脚窄体塑料无铅封装,引脚配置如下图所示。
下表列示了PLC810PG各引脚功能
2.功能与工作原理PLC810PG的功能框图如下图所示。PLC810PG芯片电路主要含有三个部分。
(1)电源PLC810PG中的模拟电路
通过引脚VCC加电。VCC引脚导通门限电压是9.1V,欠压关闭门限是8.1V。半桥LLC谐振转换器控制器(以下简称LLC)低端(即下面)驱动器由引脚VCCL供电,LLC高端(即上面)驱动器通过引脚VC-CHB供电。lC还内置一个3.3V的线性稳压器,为LLC提供电压参考。
(2)PFC控制器:PLC810PG的PFC控制器支持连续模式升压变换器电路拓扑,不需要感测AC输入电压作参考。PFC控制器主要由可变增益放大器和低通滤波器.运算跨导运算放大器、PWM控制电路和过电压与过电流保护电路及PFCMOSFET驱动器组成。PFC控制器有两个输入引脚,即ISP与FBP。电流传感信号从IC引脚ISP输入,履行PFC控制和逐周电流限制,为PFCMOSFET提供电流保护。在引脚ISP上的电压在几个开关周期内被内部DVGA/LPF平均,作为乘法器的一个输入。PFC升压变换器输出输出DC升压电压(385V)被感测后输入到得FBP反馈引脚,执行PFC输出电压调节和故障保护。引脚FBP内部参考VFBPREF=2.2V。如果引脚FBP上的电压VFBP>VOVH=23V,则履行过电压保护,立即关断在引脚GATEP上的驱动输出。当PFC输出电压不足时,只要VFBP<VIN(L)=0.5V,PFC将被禁止。当VFBP>VN(H)=0.57V时,驱动器将产生输出信号。如果VFBP<VSD(L)=1.4V(即PFC输出电压低于正常值的64%),将禁止LLC启动。OTA输出(引脚VCOMP)驱动外部的频率补偿网络,引脚VCOMP上的线性电压范围为0.5—2.5V,用作PFC乘法器的一个输入。
PFC控制器控制一个升压变换器,其作用是在AC输入电压端产生正弦波AC电流,线路功率因数几乎达到1,满足IEC61000-3-2等规范要求。
(3)LLC控制器:PLC810PG中的LLC控制器支持半桥LLC谐振DC/DC转换器拓扑结构。
LLC工作频率一般选择在100kHz。LLC最高开关频率由连接在IC引脚FMAX与VREF之间的电阻设定,最高开关频率可为200—300kHz。最高频率设定电阻也设置半桥高端与低端两路驱动信号之间的死区(非交迭)时间,以防止外部两个MOSFET同时导通。引脚FBL提供DC输出电压反馈和调节。灌入引脚FBL的电流与开关频率成正比,流入引脚FBL的电流越大,LLC开关频率也就越高。当LLC频率达到或超过设定的最高频率时,PLC810PG将关闭在引脚GATEH和GATEL上的驱动信号。
连接在变压器初级绕组下端和半桥低端功率MOSFET源极之间的电阻,用来传感变压器初级电流,并将电流感测信号输入到PLG810PG的ISL引脚。如果有一个快速过电流使引脚ISL上的电压超过门限VISL(F)=1.4V,将使LLC立即关闭。
如果有一个慢速过电流使引脚ISL上的电压超过VISL(S)=0.5V,经8个连续时钟周期之后,再关闭LLC,从而实现两电平过电流保护。
3.主要特点PLC810PG的主要特点如下:(1)PLC810PG高度集成了PFC控制器、半桥LLC谐振控制器和高压MOSFET驱动器,大大减少了在应用外部元件的数量,从而降低了系统成本,并减小了元件在PCB上的占位面积。(2)PFC与LLC级的频率与相位同步化,减少了噪声和EMI,同时减小了在PFC输出电容中的纹波电流。(3)PLC810PG的PFC控制器除接地端外仅有4个引脚(ISP、FBP、VCOMP和GATEP),不需要AC电压传感。PFC控制器支持AC通用输入,工作在连续电流模式(CCM),提供高效率,使外部元件数量最少化。(4)PLC810PG的DC/DC半桥LLC控制器驱动LLC谐振电路拓扑。这种变化频率LLC控制器通过半桥中功率MOSFET在零电压上开关(ZVS),提供高效率。(5)提供过电压、电压过低和过电流保护以及LLC软启动。
4.典型电路应用采用PLC810PG的电源基本电路如上图所示。其中,BR1为桥式整流器,PFC控制器与电感L1、升压二极管D1、PFC开关MOSFET(Q1)和电容C1等,组成PFC升压变换器;Q2、Q3、C6和T1等组成半桥LLC谐振转换器。RSP是PFC电流传感电阻,RSL是LLC电流传感电阻,R6设定LLC最高开关频率,C5是LLC软启动电容。电源AC输入为90—265V,输出功率范围为150~600W。
采用控制器PLC810PG的40英寸LCDTV电源
采用控制器PLC810PG的40英寸LCDTV电源电路如上图所示。
1.主要技术指标
40英寸LCDTV电源主要参数如下表所示。
2.电路工作原理(1)输入滤波器/PFC升压功率级:40英寸LCDTV电源输入电路和PFC升压变换器功率级如图(a)所示。
1)输入EMI滤波器
在AC输入与桥式整流器BR1之间,电容C1、C5、C3、C4、C2、C6和共模电感器L1、L2,组成电磁干扰(EMI)滤波器。Cl、C5用于控制30MHz以上的共模噪声。L1、L2控制低频和中间频带(约10MHz)上的EMI,C2、C6控制中间频带(约10MHz)中的谐波峰值。R1、R2和R3在AC电源断开时,为电源放电提供通路。C3、C4提供差模EMI谐波。
2)输入保护
F1是保险丝,RV1是过压保护元件,RT1是NTC热敏电阻。在电路启动时,RT1限制浪涌电流。在进入正常操作时,继电器RL1得电吸合,将RT1短路,从而使系统效率约增加1%。
3)PFC升压变换器功率级
输入小电容C7、输出电容C9、电感器L4、升压二极管D2和PFC开关Q2(MOSFET)等,组成PFC升压变换器。R6/R8是PFC电流感测电阻,R6和R8被二极管D3和D4的电压降(约2*0.7V)钳位。Q1、Q3和R4、R9等组成缓冲级。并联在D2两端的R5和C8用作阻尼D2的反向恢复振铃。VB+是PFC升压变换器的输入。二极管D14、D15为电压过低电路提供单独的全波整流信号。在系统启动时,通过二级管D1为PFC输出电容C9充电,从而使浪涌电流不通过L4,不会引起L4饱和。