使用 LLC 諧振控制器提升我們的設(shè)備的效率

人們?yōu)榱顺蔀樽詈玫娜藭鲂┦裁?，真是太神奇了。例如，運(yùn)動員會不知疲倦地訓(xùn)練，只是為了將比賽時間縮短十分之幾秒。學(xué)生花費(fèi)數(shù)年時間學(xué)習(xí)以獲得最高榮譽(yù)。組織花費(fèi)數(shù)十年時間開發(fā)技術(shù)來解決曾經(jīng)只出現(xiàn)在科幻小說中的問題。最后電源工程師致力于打造比以往任何轉(zhuǎn)換器更高效、密度更高的轉(zhuǎn)換器。

如果你想笑，但我敢打賭，你們中的大多數(shù)人已經(jīng)為你的電路供電了，至少在功率密度和效率方面取得了個人最好的成績，這讓你非常興奮。也許你回到家，試圖向你的配偶或孩子講述這段經(jīng)歷，結(jié)果卻讓他們完全困惑地看著你，對你的熱情感到困惑。

請放心，我們不會在這里收到這樣的判斷。就個人而言，我喜歡采取一些東西并使其比以前更好的想法。TI 有一個新的控制器 UCC256301，它現(xiàn)在引起了很多關(guān)注，因?yàn)樗沁@樣做的。它需要性能良好的電源，并使它們表現(xiàn)出色。

UCC256301 是 TI 系列中最新的 LLC 控制器，如圖 1 所示。其特性和優(yōu)勢包括集成高壓啟動、x 電容放電、強(qiáng)大的故障保護(hù)和絕對震撼的新控制方法（稍后會詳細(xì)介紹） .

UCC256301 是一款具有集成高電壓柵極驅(qū)動器的全功能 LLC 控制器。此產(chǎn)品的設(shè)計目標(biāo)是與 PFC 級配對使用以憑借最少的外部組件提供完整的電源系統(tǒng)。根據(jù)設(shè)計，所產(chǎn)生的電源系統(tǒng)無需單獨(dú)的待機(jī)功率轉(zhuǎn)換器即可滿足最嚴(yán)格的待機(jī)功率要求，能使 PFC 級始終運(yùn)行。UCC256301 有一系列 特性 旨在使 LLC 轉(zhuǎn)換器的運(yùn)行得到良好控制并提高其可靠性。此器件的目標(biāo)是減輕 LLC 設(shè)計人員的負(fù)擔(dān)，并使目前的主流 應(yīng)用 受益于 LLC 拓?fù)涞男蕛?yōu)勢。

UCC256301 使用混合遲滯控制來提供同類產(chǎn)品中最佳的輸入電壓和負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)。在一個周期內(nèi)，所需的控制力度大致與平均輸入電流成正比。該控制使開環(huán)傳遞函數(shù)成為一階系統(tǒng)，因此很容易進(jìn)行補(bǔ)償。系統(tǒng)始終保持穩(wěn)定，具有適當(dāng)?shù)念l率補(bǔ)償。

UCC256301 提供了在每個突發(fā)周期期間具有一致突發(fā)功率電平的高效間歇模式。突發(fā)功率電平是可編程的，并隨著輸入電壓自適應(yīng)地改變，使得效率優(yōu)化非常容易。

圖 1：UCC256301 系統(tǒng)框圖

在進(jìn)行競爭分析的過程中，UCC256301 在穩(wěn)定性裕度、易于設(shè)計、強(qiáng)大的保護(hù)機(jī)制、輕負(fù)載效率和瞬態(tài)干擾抑制方面擊敗了同類器件。

通過一個實(shí)際示例（并與本文的極客主題保持一致），我采用了一個商業(yè)游戲系統(tǒng)并使用 UCC256301 對其進(jìn)行了改造。圖 2 顯示了負(fù)載前后的瞬態(tài)響應(yīng)。

圖 2：瞬態(tài)響應(yīng)改進(jìn)

原來的板子的性能其實(shí)很好。但是伙計！看看 UCC256301 對它做了什么——負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)現(xiàn)在是一個虛擬的“無關(guān)緊要”。對于制造商而言，這可能意味著輸出電容最多可減少 20%，更不用說由于性能和集成度提高而節(jié)省的所有其他組件。圖 3 中的框圖說明了此類設(shè)備節(jié)省的不同系統(tǒng)級電路。

圖 3：系統(tǒng)級組件節(jié)省

在同一個游戲系統(tǒng)中，我在突發(fā)模式（小 10 倍）和輕負(fù)載效率（提高 10%，圖 5）期間的輸出紋波電壓方面實(shí)現(xiàn)了額外的性能增強(qiáng)。在另一個系統(tǒng)上，我什至測量了不到 40mW 的空載功率，同時在存在高壓功率因數(shù)校正 (PFC) 輸入的情況下完全調(diào)節(jié)輸出。在我看來，這體現(xiàn)了提升游戲水平的概念。我試圖告訴我的妻子和孩子這件事，但作為回報，我得到了痛苦的空白凝視。

圖 5：紋波改進(jìn)

圖 6：效率提升

我可以討論這個設(shè)備的許多方面；然而，其核心是一種稱為混合遲滯控制 (HHC) 的新控制架構(gòu)。這種控制架構(gòu)結(jié)合了直接頻率控制的 LLC 和電荷控制的 LLC 的最佳元素，提出了比兩者都更好的東西。實(shí)際上，正是這種控制方法導(dǎo)致了大部分改進(jìn)。

那么你的故事是什么？我們使用 LLC 轉(zhuǎn)換器嗎？我們是否認(rèn)為這個控制器足夠有趣，以至于我們想了解更多有關(guān)它可以為我們的游戲做些什么的信息？