中心議題：

• 高性能CCMPFC及LLC組合控製器的優勢對比
• 了解LLC段和PFC段的一些特性

解決方案：

• 使用NCP1910進行簡便的設計
• 學習PFC段和LLC段設計方法

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計算機、服務器及平板電視向來是能效規範機構的重要目標，這些設備必須在滿足高性能的同時符合最新能效要求。本文將介紹應用於計算機ATX電源及平板電視的高能效
、高性能功率因數校正(PFC)及半橋諧振雙電感加單電容(LLC)組合控製器NCP1910的主要特性及電源段的應用設計要點
，幫助工程師更好地采用NCP1910進行相關的電源設計。

現有方案及存在的問題

用於上述電源設計的現有方案存在的最大問題是元器件數量太多，首先必須要有帶主電源輸入欠壓(LBO)保護功能的PFC控製器

，還要有帶輸入欠壓(BO)保護及閂鎖功能的LLC控製器
；用於處理“功率良好”(PG)信號的比較器，以及用於感測的額外電路也必不可少。此外，為了實現次級端過壓保護(OVP)，需要可控矽整流器(SCR)、比較器及感測電路；為了提供LLC短路保護(SCP)並兼顧PFC工作異常狀況


，還需要其他一些元件。如果能在一個單芯片中結合所有功能
，實現一種組合控製器就可以使這些問題迎刃而解。

高性能CCMPFC及LLC組合控製器的優勢

安森美半導體推出的NCP1910在單芯片中結合了PFC和LLC控製器，集成了這兩個轉換器所需的全部信號交換(handshaking)功能
，既可提高可靠性，又可支持更簡單、更高密度的設計。NCP1910采用SOIC-24封裝，適用於高功率的ATX、一體機(all-in-one)及服務器
、平板電視電源。

圖1是采用NCP1910的典型應用電路圖共用電路
，它包括遠程PFC段、LLC段，以及實現導通/關閉、功率良好(PG)等的共用電路。
PFC段具有以下一些特性：

•固定頻率連續導電模式(CCM)PFC可提供65kHz,100kHz、133kHz及200kHz選擇；
•可編程過流閾值提供優化的感測電阻

；
•過功率限製可根據平均輸入電壓限製電流
；
•PFC異常保護
，可以在出現PFC異常的情況下
，器件停止工作，即使輸入為高線路電壓；
•欠壓保護可避免反饋網絡中出現錯誤連接的情況下受損；
•快速瞬態響應旨在維持Vbulk穩壓：
--過壓保護可自動恢複OVP閾值(穩壓電平的105%)；
--動態響應增強器可在Vbulk降至低於其穩壓電平的95%時，使用其內部200µA電流源來加快穩壓環路速度；
•冗餘OVP(OVP2)使用專用引腳來閂鎖VbulkOVP；
•可調節線路輸入欠壓帶50ms消隱時間(blanktime)，避免在低輸入電壓時受損；
•Vin2前饋可優化功率因數；
•PowerBoost可在極端線路瞬態條件下調節Vbulk(如264Vac→90Vac)
；
•可調節頻率反走提升輕載能效；
•軟啟動
；
•圖騰柱(TotemPole)驅動能力為±1.0A門驅動器。
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LLC段具有以下一些特性：

•25kHz至500kHz的寬工作頻率範圍；
•板上固定死區時間為300ns
，可避免shot-through

；
•在軟啟動或重啟時，專用引腳將SS電容放電至地，從而提供平順的輸出電壓上升；在LLC被CS/FF引腳(>1V)或BO功能關閉時，SS引腳給CSS放電，並提供純粹的軟啟動
；
•高壓驅動器門驅動器為+0.5A-1.0A
；
•雙故障保護電平位於CS/FF引腳：
--CS/FF>1V：LLC轉換器立即通過將CSS接地來增加開關頻率。這是一種自動恢複保護模式；
--CS/FF>1.5V：當故障嚴重並使CS/FF高於1.5V時閂鎖
；
•可調節輸入欠壓(BO)
，FB引腳電壓占Vbulk的一部分，不需要高壓感測軌，可以省電；
•NCP1910B有跳周期工作功能
，當反饋腳電壓低於0.4V時，LLC驅動器進入跳周期模式，降低頻率，提升輕載能效。

簡便的設計方法

使用NCP1910進行設計過程非常簡單，隻要三步即可完成，如圖2所示。第一步是設計PFC段
，第二步是設計LLC段，第三步是設計信號交換部分。 電路中的BO及PG電平是由R1、R2
、R3決定的
，無須感測高壓。BO電平在Vbulk電平(如300V，取決於電源係統的設計要求)時使LLC停止工作；PG電平在Vbulk電平時，器件通知次級端監控電路，產生功率故障(PowerFail)信號

；在PFC頻率反走輸入功率級時，PFC開始降低工作頻率。以下是PFC段和/或LLC段運用熱關閉及過流、過壓
、欠壓
、過功率
、輸入欠壓等保護特性
，以及頻率反走

、跳周期等提升能效的技巧。

NCP1910的工作序列如圖3所示，如果PFC未就緒，LLC就不能啟動；一旦PFC就緒，就會開始一段20ms的延遲

；延遲結束後PGout引腳假定為低電平，LLC可以開始工作。在撥除交流輸入關閉電源時Vbulk降低
，到達PG信號時
，PGout引腳被釋放(開路)；如果Vbulk到達LLC停止電平，LLC停止工作
；或者如果Vbulk緩慢下降，如處在輕載狀態，LLC會在PGout引腳被釋放5ms後停止工作。
遠程導通/關閉：以專用引腳接收由次級端監控芯片由光耦控製的導通/關閉(on/off)信號；在導通/關閉引腳被釋放開路時，PFC及LLC均停止工作；在導通/關閉引腳接地時，PFC開始軟啟動→PFCok→20ms後


，LLC開始軟啟動。
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熱關閉(TSD)：過熱保護功能有助於實現良好的電源設計。當結點溫度超過140℃時
，該功能激活，驅動器變為低電平；結點溫度降到典型值30℃時器件恢複工作。
頻率反走：可以提高輕載效率
，設定Vfold以確定功率開始反走的Vfold值；當(VCTRL –VCTRL(min))小於Vfold時
，頻率開始反走；內部鉗位限製反走的最大功率；啟動時無反走。
VCTRL與功率及頻率的關係：當輸出功率下降時，VCTRL隨之下降；當到達反走設定點時
，頻率線性下降
；65kHz版本將最小頻率內部設定為40kHz。 [page]
PFC段：
1.線路輸入欠壓(BO)保護：線路輸入欠壓引腳接收部分平均輸入電流
，因此
，感測到低線路電壓時，50ms定時器就會激活。這段消隱時間用於幫助符合維持要求。如果線路電壓在50ms消隱延遲結束時仍處於低電平，輸入欠壓保護就被觸發
，PFC驅動器關閉，VCTRL引腳接地，可使器件在故障消失時使用軟啟動。
2.快速瞬態響應/過壓保護(OVP)：當VFB>105%VPREF時
，過壓保護激活，驅動器輸出變為低電平；當VFB低於103.2%VPREF時
，器件自動恢複工作。 3.冗餘OVP(閂鎖)：專用OVP2引腳用來保護大電容
；電路中內置的20µs濾波器用來提供更佳的噪聲免疫性。當OVP2比較器被觸發時，PFC及LLC均關閉。PFCok信號假定為低電平時
，PGout被釋放開路
，使LLC停止工作。 4.PFC異常檢測：PFC異常檢測的目的在於，如果PFC沒有正常工作

，那麼即使出現高線路電壓，PFC和LLC均應停止工作。例如
，在高線路電壓時PFC驅動器電阻損毀的情況。實現PFC異常檢測保護的方法是：如果VCTRL保持在最高電平或低於最低電平，如VCTRL引腳異常短路
，且時間長於1秒(tPFCabnormal)
，則PFCok內部信號下降，PGout引腳立即釋放開路
，通知係統電源將關閉；5ms後LLC停止工作(tDEL2)。

5.欠壓保護(UVP)/反饋環路異常保護：UVP可以防止在反饋故障條件下啟動。當VFB<8%VPREF=0.2V時，UVP激活
，器件關閉
；當VFB高於12%VPREF=0.3V時
，器件自動開始工作。 6.PowerBoost：PFCPowerBoost功能的目的是在輸入線路從高線路電壓向低線路電壓劇烈變化(如滿載時從264Vac劇降至90Vac)時，限製輸出功率
，防止Vbulk將大幅下降
，可能使Vout超出穩壓範圍。VLBO是Vac的平均值。

在下列情況時

，VLBO可下拉至2V(VLBO(PD))：VLBO高於2V(高線路電壓時)，以及VCTRL處於最大值的時間長於4ms(tPFCflag)；Vbulk低於額定輸出的95%時。PFCPowerBoost功能在啟動時被禁止

；最長下拉持續時間的典型值為5ms(tLBO(PDlimit))；在後續最少70ms時間(tLBO(PDblank))內，開關保持在開路狀態。
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LLC段：LLC拓撲結構為半橋雙電感(LL)加單電容，其恒定占空比為50%，利用頻率變化可以提升穩壓效果。
1.一個引腳用於Fmax、Fmin及FSS：Rmin決定LLC最小頻率；Rmin//Rmax決定LLC最大頻率；Rmin//RSS決定LLC啟動頻率；RSS和CSS決定軟啟動持續時間。Rt引腳控製LLC
2.完整軟啟動：SS引腳接地條件是：啟動，或CS/FF高於VCS1(1V)
，或BO激活
，或tDEL2結束。僅在VSS低於VSS(RST)時，SS引腳上的開關被釋放開路，執行從啟動(重啟)開始的完整軟啟動。 3.跳周期模式(僅B版本提供)：跳周期模式在輕載時可削減LLC輸出脈衝，從而避免任何頻率失控(runaway)，改善待機能耗。

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為了幫助設計，半導體廠商還提供演示電路板(原型板)，其輸入電壓為90v-265vac，輸出為12V/25A，5V/2A(用於待機)。
能效測試結果表明，該演示電路板的能效等級目標，如典型負載能效及功率因數
、空載及待機輸入能耗等如表1所示。 總結

ATX電源新產品NCP1910高性能組合控製器在單顆IC中集成了功率因數校正(PFC)和主電源段控製器，具有PFC獨立OVP、PFC動態響應增加器
、PFC輕載頻率反走
、寬頻率範圍LLC、帶高壓驅動器及極佳OCP、遠程導通/關閉控製及組合管理
，可以為台式個人計算機、平板電視提供高能效、高性能的電源設計。