創(chuàng)新型高性能８引腳ＬＬＣ諧振控制器ＩＣＥ１ＨＳ０１Ｇ

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摘要：與傳統(tǒng)的CRT TV(顯像管電視機(jī))相比，LCD TV(液晶電視機(jī))擁有幾大主要優(yōu)勢(shì)，如清晰度更高、屏幕尺寸更大、面板超薄等，因此目前已經(jīng)被越來(lái)越多的客戶(hù)所接受和喜愛(ài)。與此同時(shí)，LCD電視機(jī)的電源設(shè)計(jì)人員面臨著眾多的挑戰(zhàn)，如提高能源利用效率、提高功率密度、降低電磁干擾(EMI)和成本。ICE1HS01G是英飛凌科技最新推出的一款8引腳半橋LLC諧振轉(zhuǎn)換控制器，可以幫助電源設(shè)計(jì)人員輕松地滿(mǎn)足上述各種嚴(yán)格的要求。本文簡(jiǎn)要介紹了這種產(chǎn)品的功能特性。

關(guān)鍵詞：LLC諧振控制器；ICEIHS01G；LCD TV電源

ICE1HS01G

ICE1HS01G是英飛凌科技最新開(kāi)發(fā)的8引腳LLC控制器。它經(jīng)過(guò)精心數(shù)字化設(shè)計(jì)，適用于液晶／等離子電視、AC/DC適配器和音響系統(tǒng)中開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用。作為一種8引腳控制器IC，ICE1HS01G的PCB布局極易實(shí)現(xiàn)。此外，它能提供半橋LLC諧振轉(zhuǎn)換器所需的全部控制策略。ICE1HS01G允許設(shè)計(jì)者利用外置電阻對(duì)振蕩器進(jìn)行設(shè)置，從而選擇適宜的工作頻率范圍。另外，它還具有內(nèi)置的軟啟動(dòng)功能，可限制輸入沖擊電流和輸出電壓過(guò)沖。此外，器件具備了半橋LLC諧振轉(zhuǎn)換器所必需的全部保護(hù)功能。所有這些使其成為市場(chǎng)上一款性能極為優(yōu)異的半橋LLC諧振轉(zhuǎn)換控制器產(chǎn)品。

ICE1HS01G的主要特性有：最高開(kāi)關(guān)頻率600kHz；高精度可調(diào)最低開(kāi)關(guān)頻率；50％占空比；滯后電壓可調(diào)的IC輸入低電壓保護(hù)：兩級(jí)過(guò)流保護(hù)；頻移和拴鎖：屏蔽時(shí)間可調(diào)的開(kāi)環(huán)／過(guò)載保護(hù)；內(nèi)置的數(shù)字式非線性軟啟動(dòng)；過(guò)載保護(hù)期間重啟時(shí)間可調(diào)。其引腳定義示于圖1。

FMIN(最低開(kāi)關(guān)頻率)

在該引腳和地之間接有外接電阻器R_FMIN。在工作期間，該引腳的電壓保持恒定，因此流出該引腳的電流由電阻器R_FMIN的阻值決定。最低開(kāi)關(guān)頻率由流出該引腳的電流決定。正常工作和軟啟動(dòng)期間的最高開(kāi)關(guān)頻率均與流出FMIN引腳的電流值相關(guān)。

CS(電流檢測(cè))

電流檢測(cè)信號(hào)被輸入該引腳。IC內(nèi)部有兩個(gè)比較器，如果CS引腳上的電壓高于第1個(gè)閥值(一般為0.8V)，IC將提高開(kāi)關(guān)頻率，以限制轉(zhuǎn)換器的最大輸出功率：如果該引腳上的電壓超過(guò)第2個(gè)閥值(一般為1.6V)，IC將立即被拴鎖。

FB(反饋)

該引腳與外接光電耦合器的集電極相連。在IC內(nèi)部，在正常工作期間，該引腳與帶有上拉電阻(RFB)的參考電壓源相連。IC利用該引腳上的電平來(lái)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)頻率，使其在引腳FMIN設(shè)定的最高和最低頻率之間變化。如果FB電平高于VFBH并且持續(xù)時(shí)間超過(guò)內(nèi)部設(shè)定的屏蔽時(shí)間(20ms)，則延時(shí)計(jì)時(shí)器被啟動(dòng)。如果過(guò)載／開(kāi)路保護(hù)持續(xù)的時(shí)間超過(guò)延長(zhǎng)的屏蔽時(shí)間，則IC將進(jìn)入自動(dòng)重啟模式。在IC停止開(kāi)關(guān)操作的瞬間，另一個(gè)關(guān)斷計(jì)時(shí)器開(kāi)始啟動(dòng)，直至IC開(kāi)始進(jìn)行另一次軟啟動(dòng)。該關(guān)斷計(jì)時(shí)器由與VINS引腳相連的電阻和電容決定。

VINS(主電路輸入電壓檢測(cè))

主電路輸入電壓通過(guò)一個(gè)電阻分壓器被饋入VINS引腳。如果引腳VINS上的電平高于閥值VINS_on(一般為1.25V)，則IC將在VCC上升至啟動(dòng)閥值(一般為12V)后以軟啟動(dòng)方式開(kāi)始工作。存IC工作期間，如果該引腳上的電平降至閥值VINS_on以下，IC將停止開(kāi)關(guān)操作，直至該引腳上的電平回升。如果IC進(jìn)入過(guò)載保護(hù)模式，則IC將停止開(kāi)關(guān)操作，并將在一段時(shí)間后嘗試重啟。該段時(shí)間的長(zhǎng)短由連接在VINS引腳和地之間的RC(阻容)網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)。

GND(地)：IC的公共地。LG(下管驅(qū)動(dòng))：下管功率MOSFET驅(qū)動(dòng)器。HG(上管驅(qū)動(dòng))：上管功率MOSFET驅(qū)動(dòng)器。VCC(IC電源)：本IC的電源，由外接輔助電源供給。

應(yīng)用說(shuō)明

最低開(kāi)關(guān)頻率

對(duì)于確保LLC拓?fù)涞母行怨ぷ髂Ｊ揭约霸诘蛪狠斎牒蜐M(mǎn)負(fù)載條件下的輸出電壓調(diào)節(jié)而言，最低開(kāi)關(guān)頻率是十分重要的因素。通過(guò)在FMIN引腳和地之間連接的外接電阻R_FMIN，ICE1HS01G可以很方便地對(duì)最低開(kāi)關(guān)頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)。IC的內(nèi)部電路在FMIN引腳上提供一個(gè)1.5V的穩(wěn)壓。電阻R_FMIN連接在FMIN引腳和GND引腳之間，調(diào)節(jié)從FMIN引腳中流出的電流(IFMIN)。一個(gè)與IFMIN成比例的特定電流被定義為最低充電電流(Ichg_min)，該電流被用來(lái)調(diào)節(jié)最低開(kāi)關(guān)頻率。最低開(kāi)關(guān)頻率和RFMIN之間的關(guān)系曲線如圖2所示。

IC電源和軟啟動(dòng)

ICE1HS01G適用于帶有輔助電源的應(yīng)用。在大多數(shù)情況下，系統(tǒng)中還會(huì)采用一個(gè)帶有PFC(功率因素校正)控制器的前端PFC預(yù)穩(wěn)壓器。

當(dāng)電源電壓VCC達(dá)到開(kāi)啟閥值(典型值為12V)時(shí)，控制器ICE1HS01G開(kāi)始工作。在工作期間，它的最低工作電壓(VCC_off)典型值為11V，最高電源電壓VCC_max為18V。

在IC電源電壓達(dá)到12V以上后，如果VINS引腳上的電平高于1.25V，IC將以軟啟動(dòng)方式開(kāi)始開(kāi)關(guān)操作。軟啟動(dòng)功能以數(shù)字方式內(nèi)置在IC中。在軟啟動(dòng)階段，IC從內(nèi)部控制MOSFET的開(kāi)關(guān)頻率。軟啟動(dòng)持續(xù)的最長(zhǎng)時(shí)間為32ms，步長(zhǎng)為1ms。實(shí)際開(kāi)關(guān)頻率與啟動(dòng)時(shí)間之間的關(guān)系曲線(R_FMIN=22kΩ)如圖3所示。在軟啟動(dòng)階段，初始頻率為250kHz，然后逐步下降至正常工作點(diǎn)。

輸出電壓調(diào)節(jié)

反饋電壓VFB將輸出負(fù)載信息反饋給控制器。在IC內(nèi)部，反饋(FB)引腳通過(guò)一個(gè)上拉電阻RFB與5V電壓源連接；在IC外部，該引腳與光電耦合器的集電極連接。如果輸出負(fù)載增加，則VFB隨之上升，ICE1HS01G會(huì)相應(yīng)降低開(kāi)關(guān)頻率，對(duì)輸出電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)；反之亦然。反饋電壓VFB的有效范圍介于1V和4V之間。

過(guò)流保護(hù)

ICE1HS01G中的電流檢測(cè)引腳僅用于保護(hù)目的。ICE1HS01G擁有兩級(jí)過(guò)流保護(hù)。在過(guò)載條件下，OCP(過(guò)流保護(hù))低電平(0.8V)被觸發(fā)，根據(jù)過(guò)載持續(xù)的時(shí)間和功率相應(yīng)提高開(kāi)關(guān)頻率。OCP高電平(1,6V)用于在系統(tǒng)出現(xiàn)故障狀態(tài)(如變壓器繞組被短路時(shí))保護(hù)轉(zhuǎn)換器。一旦V_cs達(dá)到1.6V，IC就會(huì)立即被拴鎖。

過(guò)載／開(kāi)路保護(hù)

如果輸出過(guò)載或出現(xiàn)控制環(huán)路斷開(kāi)故障，F(xiàn)B電壓將上升至最高電平。如果FB電壓高于VFBH并且持續(xù)時(shí)間超過(guò)確定的屏蔽時(shí)間TOLP(20ms)，IC將進(jìn)入自動(dòng)重啟模式。

主電路輸入欠壓保護(hù)

對(duì)于LLC諧振轉(zhuǎn)換器，需要確定主電路輸入電壓的工作范圍。所以，LLC諧振轉(zhuǎn)換控制器應(yīng)具有輸入電壓檢測(cè)功能和相應(yīng)的保護(hù)特性，在輸入電壓降至規(guī)定范圍之外時(shí)，停止IC的開(kāi)關(guān)操作，并在輸入電壓重新回到正常電平后、利用軟啟動(dòng)功能重啟IC。借助連接在VINS引腳和Ground(地)之間的內(nèi)部電流源I_hys，用戶(hù)可以調(diào)節(jié)該開(kāi)／關(guān)閥值間的滯環(huán)大小。

負(fù)載開(kāi)路保護(hù)

在負(fù)載極小(如負(fù)載斷開(kāi))的情況下，器件的最高設(shè)計(jì)頻率可能還不夠高，不足以對(duì)輸出電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。在這種情況下，輸出電壓可能出現(xiàn)超調(diào)失控，造成損害。為避免出現(xiàn)這種情況，ICE1HS01G持續(xù)對(duì)反饋信號(hào)VFB進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如果VFB降至VFB off(典型值為0.2V)以下，則在經(jīng)過(guò)一段確定的屏蔽時(shí)間TFB(典型值為200ns)后，停止開(kāi)關(guān)動(dòng)作。由于沒(méi)有開(kāi)關(guān)信號(hào)，V_out開(kāi)始下降，VFB隨之上升。一旦VFB超過(guò)閥值VFB on(典型值為0.3V)，IC就會(huì)恢復(fù)正常操作。

效率測(cè)量

借助ICE1HS01G，LLC諧振轉(zhuǎn)換級(jí)可以達(dá)到極高的效率-94.8％，如圖4所示。該圖顯示的數(shù)據(jù)是在LCD TV應(yīng)用演示板上進(jìn)行測(cè)試的結(jié)果，該演示板的輸出功率為200W，24V/12V兩路輸出。