【IC】必易微新推大功率高性能PFC+LLC方案KP2806+KP2591,助力大功率电源研发升级

2023-01-10 必易微公众号
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随着电源功率等级的提升,电源系统的性能要求也越来越严格,传统的反激架构已无法满足大功率的电源设计,LLC 架构因其软开关、高效率等优势成为大功率电源设计的绝佳选择,搭配PFC架构使用,可适用于各种大功率应用场合。


针对大功率电源设计,必易微推出了大功率高性能PFC+LLC控制器KP2806+KP2591,适用于PD电源、LED电源、电视机板卡电源等应用场合,该组合方案具备诸多技术亮点,下面我们进行详细介绍。

KP2806+KP2591 典型应用电路图


KP2806产品亮点 

KP2806 芯片引脚图


KP2806 是一款高性能、准谐振式(QR)升压型(Boost)恒压功率因数校正控制器(PFC控制器),可自适应地工作在临界导通模式(CRM)和断续导通模式(DCM)。芯片采用SOT23-6封装,通过多功能管脚复用,真正做到了小而精的特点,占用更小的PCB空间,方便客户实现更小的体积和更低的设计成本。


除此之外,KP2806还具备如下技术亮点:

亮点1-可调 TONMAX:实现不同系统的THD最优设计

PFC工作在CRM模式具有良好的THD性能,为适应各种应用场合,KP2806集成了系统参数配置功能,通过调节电阻Rset的阻值,可以选择不同的TONMAX等系统参数,保证芯片在不同设计要求下,均能满载工作在CRM模式,实现系统的THD最优设计。


针对功率开关为氮化镓(GaN)的高频应用,所需电感量小,为避免满载进入降频模式,推荐使用12μs的档位;针对功率开关为Cool-mos的低频应用,所需电感量大,推荐使用18μs的档位,同时保证了系统的带载能力;此外,芯片还设置了不同的TZCD_DELAY参数档位,客户可根据实际系统的震荡频率,设置不同的开关管导通延时,以获取精准的谷底导通效果,优化系统效率。

不同 Rset 阻值对应的系统参数表


亮点2-高功率因数:满载PF>0.95,THD<10%

KP2806 可以自适应地工作在CRM和DCM模式,在CRM和DCM模式下都可实现输入电流的平均值(开关周期内)与输入电压的瞬时幅值成正比,从而理论上实现PF=1的目标;同时芯片在正弦波靠近谷底附近进行Ton补偿,改善交越失真问题,进一步优化THD。

300W Demo 全负载范围

PF 和 THD 测试数据


亮点3-无需辅助绕组:简化电感设计

芯片集成了消磁信号检测技术,支持单绕组电感应用,CZ管脚通过分压电阻检测Boost电感是否消磁结束,搭配不同的TZCD_DELAY档位,实现精准的谷底导通功能,从而大幅降低系统的开关损耗,优化系统效率。同时在不同频率下,谷底位置保持一致,也有利于THD的改善。

KP2806谷底导通原理和实验波形


亮点4-输出电压两档设定(Boost Follow)一款芯片适用不同系统架构

为了满足不同系统架构的 PFC 母线输出电压需求,KP2806设计了固定输出电压版本和两档可变输出电压版本,客户可根据实际后级电路拓扑,选择合适的芯片版本,实现系统的最优设计。


搭配反激架构应用时,推荐使用两档可变输出电压版本芯片,低压输入时,较低的母线输出电压,可有效降低开关损耗,优化系统效率。


搭配LLC架构应用时,推荐使用固定输出电压版本芯片,使系统满载工作在谐振频率点附近,充分发挥LLC电路的效率优势。


亮点5-输入线电压前馈补偿:过载一致性好 

芯片通过CZ管脚检测输入线电压的信息,进而实现输入线电压前馈补偿功能,优化系统在不同输入电压下过载功率的一致性。

不同输入电压的过载功率曲线


亮点6-完备的保护功能:保证系统可靠运行

KP2806集成有完备的保护功能,如VDD欠压保护功能(UVLO)、VDD过压保护(VDD OVP)、输入欠压保护(BOP)、输出欠压保护(UVP)、两极输出过压保护(OVP)、逐周期电流限制(OCP)、异常过流保护(AOCP)、过热保护(OTP)以及管脚开/短路保护,保证了系统应用的可靠性。

芯片保护功能列表


KP2591产品亮点

KP2591芯片引脚图

KP2591是一款基于半桥LLC谐振变换器的谐振型开关电源控制器,集成了半桥驱动,可直接50%占空比驱动功率管,其驱动电压钳位至12V,最高工作频率支持350kHz。


除此之外,KP2591还具备如下技术亮点:

亮点1-可配置工作模式:待机损耗<200mW

为了降低系统待机损耗,芯片可通过STB管脚的电阻配置,使系统工作在低待机模式,该工作模式下开关频率由SS管脚电压决定,可以降低Burst开关频率,减小待机损耗。

KP2591 待机实验波形

KP2591 待机损耗测试数据


亮点2-支持无PFC的设计应用

KP2591在前级无PFC稳压电路应用时,可通过配置SEL管脚的电阻值,设置芯片工作在无PFC工作模式,通过调节内部电路的阈值和参数(如过压过流保护阈值),使芯片适用于更低输入电压下的工作,支持无PFC的设计应用。

SEL管脚电阻对应的操作模式


亮点3-可配置软启时间:优化启机应力 

LLC启动初始,系统开环工作,若直接以较低的开关频率工作,会造成谐振腔电流过冲,严重时可能损坏功率器件。KP2591集成了软启时间配置功能,通过设置SS管脚并联电容,调节软启工作时间;启动时,芯片给SS电容充电,随 SS管脚电压上升,开关频率逐渐降低,实现软启保护功能,可有效降低启机谐振腔电流应力。

开机软启实验波形


亮点4-可靠的容性区保护功能:提升系统可靠性     

LLC系统进入容性工作区,功率器件应力剧增,存在功率器件损坏的风险,KP2591集成了容性区保护功能和自适应死区时间控制功能,保证系统的可靠运行。


芯片通过CS管脚检测谐振电流、DEM管脚检测辅助绕组电压的方式组合实现容性区保护功能,通过直观的检测CS电流信号相位,并利用DEM电压信号相位辅助判决,在进入容性区之前提前关断驱动,防止功率管击穿。

容性区保护工作原理


启动过程中,因为谐振电容初始电压为0,谐振电流不对称,良好的死区时间控制,既可以防止系统进入容性工作区,导致功率器件损坏,又可以实现软开关,优化系统效率。

 自适应死区控制原理

启机瞬间,自适应死区时间调节波形


亮点5-性能升级:可直接替换外商同类产品XX6A31

KP2591采用SOP-16封装,客户可直接使用KP2591替换外商同类产品XX6A31,BOM器件完全相同,简化了客户的产品替代升级。


亮点6-完备的保护功能:保证系统可靠运行

KP2591集成有完备的保护功能,包括:VDD过压/欠压保护(VDD OVP/UVLO)、VBT 欠压保护(VBT UVP)、输入过压/欠压保护(LOVP&BOP)、过载保护(OLP)、谐振腔过流保护(CBC/SOCP)、容性区保护、外部信号保护、过热保护(OTP)等,系统运行可靠性高。

芯片保护功能列表


Demo展示

如图所示为必易微开发的142W电视机板卡电源Demo,该方案采用PFC+LLC+Buck的三级架构,前级电源采用KP2806+KP2591方案,后级调光输出采用高精度、深度调光降压型LED恒流驱动器KP1601。样机适用于全压输入范围(90~265Vac),输出12V/3.5A的恒压电源和150~200V/0.5A的恒流电源,分别用于MCU供电和液晶显示供电。整机具有低待机、高效率以及高线性度的调光曲线等特点。


Demo主要性能

性能1-整机待机损耗<300mW

性能2-满载效率>88% 

性能3-满载PF>0.96,THD<15% 

性能4-高线性度的调光曲线

总结

必易微专注技术研发,推出的大功率高性能PFC+LLC电源解决方案KP2806+KP2591,可满足各种应用场合的大功率电源设计,KP2591芯片可直接替换外商同类产品,大大缩短了客户电源方案的替换时间,助力客户电源系统的研发升级。

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  • 小云帆 Lv6. 高级专家 16:26:41
    好文章
  • zwjiang Lv8. 研究员 11:15:34
    学习
  • titan Lv8. 研究员 08:44:35
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