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记得在这里分享的第一部专题是讲解LLC谐振变换器的工作原理、表达式推导和硬件实战,可以讲LLC谐振变换器是本人第一次接触电源。时间如梭,一晃已经过去4年了,不知不觉这已加入星球创作第3年,感谢一路走来各位道友的支持!

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前情回顾

从零玩转LLC谐振电源设计(完结)

本专题共10节,主要讲述了LLC模态分析、增益/阻抗特性的详细推导过程、仿真验证及实战调试。


本部分主要包括两节

  • 1、NPC1397谐振控制器内部电路架构解读  (更新时间:22/03/19)
  • 2、基于NPC1397的半桥LLC谐振电源方案   (预计更新:22/04/02)

NCP1397是Onsemi推出的一款内部集成600V栅极驱动器应用于半桥式谐振拓扑的电源控制器。工作频率范围宽(50kHz~500kHz),死区时间可调,具有OTP和OVP等功能。电源芯片引脚介绍如图1所示,内部逻辑如图2所示。

图1  引脚介绍

图2  NCP1397内部电路架构

  • ⑴ 软启动电容放电:在启动前或过载情况下复位电容。
  • ⑵ 最大频率限制:通过2脚对地接电阻值来限制最大工作频率。精度±12%。在空载,输入电压最大时,当x(归一化频率)加大到一定程度在增益上有一个极限。当x趋于无穷大时,增益会趋向于一个值,,一旦增益到达一个较小值(这个值比极限增益更小时),这个频率会一直增大,但是最终也达不到想要的增益,所以设定一个最大工作频率,瞬态超出了正常工作范围,如果干扰消除,环路会把频率调回正常值,这时响应就会比较慢。
  • ⑶ 故障延迟引脚:反馈引脚反馈电压高于某一个值,当检测到故障之后,通过对电容充电来定时,对保护电路故障延迟,对地接电容和电阻,电容用来延迟(当过流的时候芯片内部会触发一个恒流源给电容充电),电阻用来复位电容。
  • ⑷ 最小频率限制:通过4脚对地接电阻值来限制最小工作频率。当Vfb=1V时,限制最小工作频率。
  • ⑸ 电压保护:输入过压和欠压阈值保护,外部接分压电阻,若下分压电阻上电压低于VBO,电源保护;下分压电阻高于Vlatch,电源保护(锁死)。若电路带PFC,外部分压后引脚电压很稳定,这时不存在电压保护,所以电压采样应放在整流桥之前。
  • ⑹ 电压反馈:原边+副边(灌电流)   TL431+PC817。 输出功率越低,电压就会上升,光耦发光二极管LED电流越大,光耦副边电流上升,反馈引脚电压上升,反之,负载加重,反馈引脚电压下降。
  • ⑺ 死区时间设置:7引脚对地放置电阻,若无死区,输入电压直接接地短路。该死区时间必须满足最恶劣工况满足软开关。
  • ⑻ 跳频设置:降低功耗(比如在空载或轻载情况下启动)。一段时间由芯片工作给输出供电,给输出电容补充能量,由于功率特别小,可以关闭一段时间。
  • ⑼ Fault过流保护:9脚过电流保护。两个阈值,一个比较低的阈值控制一般故障1,是芯片保护,开启故障延迟电流,延迟保护,故障2更高的阈值,控制器禁止。
  • ⑽ GND:芯片外围电路和芯片接地引脚的地在layout时全部接在VCC电容地上,VCC电容的地在单独连接在大电容的地。这样就实现了单点接地,抗干扰能力强。
  • ⑾ 低边PWM输出:50%占空比,上下桥臂互补输出,门极驱动开通时经过驱动电阻(限流),开通太快时,有很大的dv/dt,关断太快时,经过二极管和电阻(限流),关断时有很大的di/dt。
  • ⑿ VCC:电源启动,稳态供电,限制最大电压;启动电阻:用多个1206封装电阻,电阻有耐压和功率要求;启动电容:用电解电容;启动后到绕组供电时间间隔内,大部分能量由启动电容提供;芯片启动后,所需电流较大,启动电阻无法承受,必须有辅助绕组供电;为了保护芯片,供电电压不能超过20V,需做一个线性稳压电源。
  • ⒀ NC
  • ⒁ HB半桥中点:保证上桥驱动有压差,需要自举驱动。
  • ⒂ 高边PWM输出
  • ⒃ Vboot自举:下管开通时上管是关断的,上管的源极s是被接地的,此时VCC为自举电容充电;在下半个周期,上管开通下管关断时,给芯片上驱动脚提供一个浮动的高电平。自举充电时二极管需串联一个0欧姆电阻。

NCP1397谐振控制器内部集成压控振荡器,通过反馈引脚电压变化,调节开关管的工作频率。VCO部分允许工作在100kHz~1MHz。然而,由于内部由D触发器产生两个Q和/Q输出,输出Mlower和Mupper的最终有效信号在50kHz~500kHz之间变化。VCO的配置方式是如果反馈引脚电压升高,开关频率也随之升高。电路架构如图3所示。

图3  VCO电路架构

VCO输出频率与反馈引脚电压关系如图4所示。

图4  VCO频率与电压关系

谐振参数是LLC谐振电源设计的关键,通常根据已知电源指标进行参数计算,计算完成后,常通过软件对参数进行理论验证,验证参数合理才进行硬件开发。仿真过程中往往需要搭建闭环模型,可以通过多种方法实现VCO的功能(LLC专题中介绍了3种VCO的实现方法)。其中函数法是最易实现的一种方法。


作者介绍

硕士在读(电力电子与电力传动),主要从事高频DC-DC变换器设计与开发(LLC谐振变换器、DAB变换器),熟悉PSIM、Maple、MathCAD。

由于本人水平有限,如有错误还请读者朋友谅解。本文稿属于个人学习总结归纳,无任何商业目的。如有侵权问题,请及时告知,小编会及时删除。如需要转载可与小编联系。

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