可以实现低于40mW的待机功耗 TI在LLC的创新方面又进一步

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待机功耗永远是电子设备的痛。全球的耗电量每年都在增加,大家可能想不到待机的设备消耗的电量相当于50个大型发电厂的年发电总量。据统计,家用电器的待机功耗通常占家庭总耗电量12%到18%,所以降低待机功耗迫在眉睫。

针对此状况,TI日前推出一款具有集成高压栅极驱动器的新型电感-电感-电容(LLC)谐振控制器UCC256301,可在稳压状态下实现低于40mW的待机功耗,性能也优于行业效率标准要求。通过超快的瞬态响应和强大的故障保护功能,如避免零电流开关,该器件可在包括数字电视、游戏适配器、台式电脑和笔记本电脑适配器以及电动工具电池充电器在内的终端设备使用寿命内实现可靠运行。

传统的LLC控制器,使用直接频率调制,这种调制的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,开关频率会增加到很高的情况,造成与开关频率相关的开关损耗还有变压器的磁极损耗以及驱动损耗,都会大幅度地增加。

为了解决这个问题,TI的LLC控制器使用了Burst模式,也可以叫突发模式。工作在这种模式下,如果变换器输出的功率小,环路的输出就会低,环路的输出低,当它低到我们设定的关断阈值的时候,里面的MOS管就会彻底关断,这个时候能量就不会从输入端流到输出端,输出电压就会自动下降。当输出电压下降之后,环路的输出又开始上升,当。输出值超过开通阈值的时候,变换器又开始正常工作,输出电压又开始上升,由于开通阈值远远高于关断阈值,所以这个变换器在轻载的时候会有比较长的一段时间存在不工作的状态,也就是说没有功耗的状态,这样的话就可以得到一个好的待机功耗值,可以提高轻载时候的效率值。德州仪器(TI)大功率电源控制器应用经理唐华详细解释了UCC256301的工作机理。

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据他介绍,使用UCC256301的电容系统,可以非常容易地实现欧盟的CoC Tier2的节能指令,和美国能源部6级能耗能效标准,相对于传统的直接频率控制的方式,UCC256301的方案可以使瞬态响应的损失提高10倍,在10%的负载情况下,可以实现90%的轻载效率。

UCC256301最大的亮点是使用了TI专利技术——混合滞回控制,可以将瞬态响应的速度提高10倍,从而减少20%的输出电容。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,这样的话,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。对一阶系统的补偿非常简单,同时可以实现带宽的提升,相对于传统的方案,我们的带宽可以提高10倍以上,所以瞬态响应的速度也会提高10倍以上。提高了瞬态响应的速度,输出电容就不需要那么大了,输出电容的容量,保守的估计,可以减少20%,这对系统的成本的降低,尺寸的变小,有很大的帮助。

除了电子系统的工作模式,系统复杂性也会影响到设备本身的待机损耗,TI因此在UCC256301内部集成了非常多的功能电路,集成了关机后X电容的自动放电功能就是其中之一。众所周知,所有的AC/DC电源为了避免对电脑产生EMI干扰都会使用X电容,但是X电容在电源脱离电网之后也会存储一部分能量,这就会造成某段时间内电容的输入端口存在危险电压。为了解决这一问题,传统的方式是在X电容两端并联放电电阻,但是这个电阻一直会和电网相连,从而造成不必要的损耗。UCC256301在内部集成了X电容的放电MOS管后,当系统正常工作时,MOS管关断,不会产生额外的损耗;当检测到和电网脱离时,就会导通MOS管,迅速释放X电容能量,避免危险事件的发生。

TI正在不断地来扩充端到端的高压变换器解决方案,帮助设计人员以更低的功耗实现更丰富的功能。

为了简化对芯片的评估,TI提供了评估板,这个评估板可以在文档所附的链接当中找到相关信息。它演示的功能包含了X电容的放电功能还有混合滞回控制的方法,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,比方说这款是24路输出,480W额定输出功率,720W峰值功率,高效的AC/DC工艺电源设计。这款就是高效的可以实现核心效率的PC和游戏机电源的设计,相关的信息都可以在文档附加的链接当中找到。

据唐华介绍,TI即将推出其他多种多样的LLC控制器,新一代PFC控制器,新一代反激芯片组,还有现在市场上非常热门的新一代的氮化镓的解决方案,以及各种各样的栅极驱动器。

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