芯耀
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隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，電子設(shè)備的功能越來(lái)越求強(qiáng)大，而且體積也不斷向著輕薄化發(fā)展，用戶希望電源設(shè)備的待機(jī)功耗盡可能低，這樣既能節(jié)省用電量，也能減少發(fā)熱量，對(duì)電網(wǎng)造成的干擾也會(huì)越來(lái)越小。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球電子設(shè)備因?yàn)榇龣C(jī)消耗的電量相當(dāng)于 50 個(gè)大型發(fā)電廠的年發(fā)電總量?？赡艽蟊姾茈y相信，家里的電視機(jī)、電腦明明沒(méi)有工作，為何還會(huì)消耗電量？家電設(shè)備只要連接電源，即使沒(méi)有工作，內(nèi)部電源系統(tǒng)也在工作，也會(huì)產(chǎn)生能源損耗。數(shù)據(jù)顯示，家用電器的待機(jī)功耗通常占家庭總耗電量 12%到 18%，由此可見(jiàn)降低電子設(shè)備待機(jī)功耗迫在眉睫。
為了幫助廣大用戶盡可能降低電子設(shè)備的待機(jī)功耗，TI 推出一款具有集成高壓柵極驅(qū)動(dòng)器的新型電感 - 電感 - 電容(LLC)諧振控制器 UCC256301。據(jù)德州儀器大功率電源控制器應(yīng)用經(jīng)理唐華介紹，“UCC256301 在穩(wěn)壓狀態(tài)下仍可實(shí)現(xiàn)低于 40 mW 的待機(jī)功耗，同時(shí)性能優(yōu)于行業(yè)效率標(biāo)準(zhǔn)要求。通過(guò)超快的瞬態(tài)響應(yīng)和強(qiáng)大的故障保護(hù)功能，如避免零電流開(kāi)關(guān)，該器件可在終端設(shè)備的使用壽命內(nèi)實(shí)現(xiàn)可靠運(yùn)行?！?/p>
德州儀器大功率電源控制器應(yīng)用經(jīng)理唐華
Burst 模式：實(shí)現(xiàn)高效率和超低待機(jī)功率
傳統(tǒng)的 LLC 控制器是直接頻率調(diào)制，這種調(diào)制方式在輸出功率比較大的時(shí)候，開(kāi)關(guān)頻率比較低，在輸出功率比較小的時(shí)候，開(kāi)關(guān)頻率會(huì)非常高，隨著開(kāi)關(guān)平率升高，與開(kāi)關(guān)頻率相關(guān)的開(kāi)關(guān)損耗和變壓器的磁極損耗以及驅(qū)動(dòng)損耗，也會(huì)大幅度增加，這就會(huì)造成輕載效率值很低。相對(duì)于傳統(tǒng)的直接頻率控制方式，UCC256301 可以使瞬態(tài)響應(yīng)的損失提高 10 倍，在 10%的負(fù)載情況下輕載效率高達(dá) 90%，能效超出歐盟 CoC Tier 2 和美國(guó)能源部(DoE) 6 級(jí)所規(guī)定的能效標(biāo)準(zhǔn)。那么，TI 的方案是如何實(shí)現(xiàn)這樣的工作效率的？
唐華解釋?zhuān)盀榱私鉀Q這一問(wèn)題，UCC256301 使用了 Burst 模式（即突發(fā)模式）。在這種模式下，如果變換器輸出功率小，環(huán)路輸出就低，當(dāng)環(huán)路輸出低于設(shè)定的關(guān)斷閾值時(shí)，里面的 MOS 管就會(huì)徹底關(guān)斷，這樣能量就不能從輸入端流到輸出端，輸出電壓自動(dòng)下降；當(dāng)輸出電壓下降之后，環(huán)路的輸出又開(kāi)始上升，當(dāng)環(huán)路的輸出值高于開(kāi)通閾值時(shí)，變換器又開(kāi)始正常工作，輸出電壓上升，由于開(kāi)通閾值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于關(guān)斷閾值，因此變換器在輕載時(shí)會(huì)長(zhǎng)時(shí)間處于不工作狀態(tài)，這樣就提高了輕載的效率值。同時(shí) UCC256301 集成了豐富的故障保護(hù)功能，例如 LLC 非常容易出現(xiàn)的零電流開(kāi)通的問(wèn)題，UCC256301 可以自動(dòng)規(guī)避零電流開(kāi)通的發(fā)生，因此保護(hù)了緣邊的 MOS 管，延長(zhǎng)了系統(tǒng)的使用壽命?！?/p>
提高瞬態(tài)響應(yīng)的速度，簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)
瞬態(tài)響應(yīng)的速度之所以能提高 10 倍，這和 TI 已經(jīng)獲得專(zhuān)利的新控制方式 --- 混合滯回控制有密切的關(guān)系。唐華表示，“通過(guò)使用混合滯回控制，可以使用環(huán)路輸出的控制量直接來(lái)控制變換器的輸入功率，因此，由控制信號(hào)到輸出電壓的傳遞函數(shù)，就由非常復(fù)雜的傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化成一階系統(tǒng)。相對(duì)于傳統(tǒng)的方案，帶寬可以提高 10 倍以上，所以瞬態(tài)響應(yīng)的速度也會(huì)提高 10 倍以上。隨著瞬態(tài)響應(yīng)速度的提升，所需要的輸出電容隨之減少，預(yù)計(jì)輸出電容可以減少 20%，因此，系統(tǒng)成本降低，尺寸變小?！?/p>
除了電子系統(tǒng)的工作模式，系統(tǒng)復(fù)雜性也會(huì)影響到設(shè)備本身的待機(jī)損耗。所有的 AC/DC 電源為了避免對(duì)電腦產(chǎn)生 EMI 干擾都會(huì)使用 X 電容，但是 X 電容在電源脫離電網(wǎng)之后也會(huì)存儲(chǔ)一部分能量，這就會(huì)造成某段時(shí)間內(nèi)，電容的輸入端口是有危險(xiǎn)電壓。為了解決這一問(wèn)題，傳統(tǒng)的方式是在 X 電容兩端并聯(lián)放電電阻，但是這個(gè)電阻一直會(huì)和電網(wǎng)相連，這樣損耗就會(huì)一直存在。UCC256301 內(nèi)部集成了 X 電容的放電 MOS 管，當(dāng)系統(tǒng)正常工作的時(shí)候，MOS 管關(guān)斷，不會(huì)產(chǎn)生額外的損耗，當(dāng)它檢測(cè)到和電網(wǎng)脫離，就會(huì)導(dǎo)通 MOS 管，讓 X 電容的能量迅速卸放，避免危險(xiǎn)事件的發(fā)生，工程師可以通過(guò)集成 X- 電容放電和高壓?jiǎn)?dòng)功能輕松設(shè)計(jì)系統(tǒng)。
UCC256301 滿足各類(lèi) AC/DC 應(yīng)用嚴(yán)苛的能效標(biāo)準(zhǔn)，包括數(shù)字電視、游戲適配器、臺(tái)式電腦和筆記本電腦適配器以及電動(dòng)工具電池充電器。唐華指出，“TI 還會(huì)不斷擴(kuò)展端到端高壓功率變換器解決方案，如：LLC 控制器、PFC 控制器、反激芯片組、GaN 解決方案、柵極驅(qū)動(dòng)器等，幫助設(shè)計(jì)人員已更低功耗實(shí)現(xiàn)更多性能?！?/p>
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