創(chuàng)新型高性能８引腳ＬＬＣ諧振控制器ＩＣＥ１ＨＳ０１Ｇ

Ｍａｏ　Ｍｉｎｇｐｉｎｇ　Ｈｅ　Ｙｉ　ＪｅｏｈＭｅｎｇＫｉａｔ

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，如清晰度更高、屏幕尺寸更大、面板超薄等，因此目前已經(jīng)被越來越多的客戶所接受和喜愛。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)人員輕松地滿足上述各種嚴(yán)格的要求。本文簡要介紹了這種產(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發(fā)的8引腳LLC控制器。它經(jīng)過精心數(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：最高開關(guān)頻率600kHz；高精度可調(diào)最低開關(guān)頻率；50％占空比；滯后電壓可調(diào)的IC輸入低電壓保護(hù)：兩級過流保護(hù)；頻移和拴鎖：屏蔽時(shí)間可調(diào)的開環(huán)／過載保護(hù)；內(nèi)置的數(shù)字式非線性軟啟動(dòng)；過載保護(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)期間的最高開關(guān)頻率均與流出FMIN引腳的電流值相關(guān)。

CS(電流檢測)

電流檢測信號被輸入該引腳。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調(diào)節(jié)開關(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)。如果過載／開路保護(hù)持續(xù)的時(shí)間超過延長的屏蔽時(shí)間，則IC將進(jìn)入自動(dòng)重啟模式。在IC停止開關(guān)操作的瞬間，另一個(gè)關(guān)斷計(jì)時(shí)器開始啟動(dòng)，直至IC開始進(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)

主電路輸入電壓通過一個(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將停止開關(guān)操作，直至該引腳上的電平回升。如果IC進(jìn)入過載保護(hù)模式，則IC將停止開關(guān)操作，并將在一段時(shí)間后嘗試重啟。該段時(shí)間的長短由連接在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)用說明

最低開關(guān)頻率

對于確保LLC拓?fù)涞母行怨ぷ髂Ｊ揭约霸诘蛪狠斎牒蜐M負(fù)載條件下的輸出電壓調(diào)節(jié)而言，最低開關(guān)頻率是十分重要的因素。通過在FMIN引腳和地之間連接的外接電阻R_FMIN，ICE1HS01G可以很方便地對最低開關(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)，該電流被用來調(diào)節(jié)最低開關(guān)頻率。最低開關(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)到開啟閥值(典型值為12V)時(shí)，控制器ICE1HS01G開始工作。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)方式開始開關(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的開關(guān)頻率。軟啟動(dòng)持續(xù)的最長時(shí)間為32ms，步長為1ms。實(shí)際開關(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會相應(yīng)降低開關(guān)頻率，對輸出電壓進(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。

過流保護(hù)

ICE1HS01G中的電流檢測引腳僅用于保護(hù)目的。ICE1HS01G擁有兩級過流保護(hù)。在過載條件下，OCP(過流保護(hù))低電平(0.8V)被觸發(fā)，根據(jù)過載持續(xù)的時(shí)間和功率相應(yīng)提高開關(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就會立即被拴鎖。

過載／開路保護(hù)

如果輸出過載或出現(xiàn)控制環(huán)路斷開故障，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，用戶可以調(diào)節(jié)該開／關(guān)閥值間的滯環(huán)大小。

負(fù)載開路保護(hù)

在負(fù)載極小(如負(fù)載斷開)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)對反饋信號VFB進(jìn)行監(jiān)測，如果VFB降至VFB off(典型值為0.2V)以下，則在經(jīng)過一段確定的屏蔽時(shí)間TFB(典型值為200ns)后，停止開關(guān)動(dòng)作。由于沒有開關(guān)信號，V_out開始下降，VFB隨之上升。一旦VFB超過閥值VFB on(典型值為0.3V)，IC就會恢復(fù)正常操作。

效率測量

借助ICE1HS01G，LLC諧振轉(zhuǎn)換級可以達(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)行測試的結(jié)果，該演示板的輸出功率為200W，24V/12V兩路輸出。