你的位置:首頁 > 電源管理 > 正文

高能效、小外形的240W電源適配器參考設(shè)計(jì)

發(fā)布時間:2023-10-16 來源:onsemi 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】電源適配器的發(fā)展趨勢是高頻高密度及小型化,為了滿足散熱的要求,高效率是最重要的指標(biāo)之一,所以對于數(shù)百瓦的電源方案,圖騰柱PFC及LLC架構(gòu)是目前最好的選擇。安森美(onsemi)最新推出的240 W圖騰柱PFC配合最新的電流模式LLC控制器所做的48V5A參考設(shè)計(jì)(圖1),在230Vac和48V輸出條件下,四點(diǎn)平均能效達(dá)到94.76%,在230Vac和48V5A時,效率高達(dá)96.5%, 待機(jī)功耗在300mW以下,且PCBA尺寸僅89mm x 53mm x 21 mm,功率密度為39.7W/立方英寸,并且采用低成本的雙層PCB設(shè)計(jì),是下一代PD3.1 EPR多口快充、工業(yè)通信電源、電動工具快充等的理想選擇方案。


1.jpg

圖1:240W圖騰柱PFC配合高頻LLC控制器的超高密度電源適配器參考設(shè)計(jì)方案


該方案的PFC使用NCP1680 CRM模式,具有谷底同步頻率反走的圖騰柱PFC控制器,配合2只65mohm的SJ FET和2只50mohm的drive GaN,組成高效的PFC電路(圖2),在90Vac和滿載情況下PFC的效率高達(dá)97%, 在后級輕載模式下PFC自動進(jìn)入間歇工作模式以降低開關(guān)損耗。


1694666006508900.png

圖2:240W圖騰柱PFC電路原理圖


PWM部分使用安森美的NCP13994高頻電流模式LLC 控制器及2只75mohm的drive GaN組成。同步整流控制器使用兩只NCP4306獨(dú)立控制每一路輸出,使得layout非常簡單合理,輸出整流采用120V,4mohm的SJ FET FDMS4D0N12C(圖3)。


提高工作頻率可縮小電源尺寸,該LLC設(shè)計(jì)的諧振頻率在200KHz左右,在PFC輸出為390V、輸出滿載的情況下,LLC實(shí)際工作頻率達(dá)~175 KHz。為了提高LLC輕載的效率,LLC被設(shè)計(jì)在標(biāo)準(zhǔn)skip模式下工作,并且skip in和skip out的負(fù)載點(diǎn)可以通過兩個外部電阻任意設(shè)定。LLC的brown out功能是通過PFC OK端子產(chǎn)生的對應(yīng)于PFC輸出的電流源產(chǎn)生的電壓,再通過VBULK腳的外部分壓電阻來任意設(shè)定,由于PFCOK的最高輸出電壓只有5V,所以這個外部的分壓電阻產(chǎn)生的損耗可以或略不計(jì)。


PFC和LLC的啟動電壓都是通過LLC的高壓恒流源來提供,由于PFC的啟動電壓低(10V左右),所以當(dāng)LLC的高壓恒流源給VCC電容充電到PFC的Vcc_on電壓后PFC開始工作,PFC的輸出電壓開始上升,同時LLC的高壓恒流源繼續(xù)給Vcc電容充電, 在到達(dá)LLC的Vcc_on電壓以前PFC的輸出電壓達(dá)到正常值,PFCOK信號正常,VBULK電壓達(dá)到1V門限電壓以上,這時VCC電壓升到Vcc_on的開啟電壓后LLC開始工作, 整個啟動工作完成進(jìn)入正常操作狀態(tài)。


變壓器初次級各有一個獨(dú)立的繞組經(jīng)全波整流后給初級及次級供電。由于次級同步整流IC的VCC電壓及參考基準(zhǔn)NCP431的電壓限制,為了降低不必要的損耗加上了次級的輔助供電繞組。


1694665990508664.png

圖3:LLC部分DC-DC原理圖


能效測試


該方案在全電壓范圍段的輸入功率小于300mW, 待機(jī)功耗,48V下PF曲線及滿載能效曲線如下圖4。PFC的輸入電壓電流波形及LLC的輕載SKIP波形如圖5和圖6。


1694665976880412.png

1694665965488009.png

圖4:待機(jī)功耗和能效曲線


1694665951292620.png

圖5:TPPFC的操作波形


1694665935914238.png

圖6:LLC的SKIP波形


安全保護(hù)功能


該高頻高密度電源方案集成豐富的安全和保護(hù)功能,包括:過壓保護(hù)(OVP)、過流保護(hù)(OCP)、短路保護(hù)(SCP)、過溫保護(hù)、開環(huán)保護(hù)、X2電容放電等。OVP和OTP保護(hù)可以通過LLC fault腳外部的穩(wěn)壓管及NTC來設(shè)定。OCP及SCP可以通過LLC的CS腳的電流取樣電路來設(shè)定,開環(huán)保護(hù)通過FB的最大電壓檢測來實(shí)現(xiàn)。


熱性能測試


由于非常高的效率,該方案在沒有加任何導(dǎo)熱材料及主動散熱的情況下,靠自然散熱得到下列的熱成像圖(圖7),該熱成像圖是在滿載工作30分鐘后測得。


8.jpg

圖7:240W超高密度電源適配器參考設(shè)計(jì)熱成像



免責(zé)聲明:本文為轉(zhuǎn)載文章,轉(zhuǎn)載此文目的在于傳遞更多信息,版權(quán)歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權(quán)問題,請聯(lián)系小編進(jìn)行處理。


推薦閱讀:


高功率降壓轉(zhuǎn)換的散熱評估測試原理概述

電源模塊輸出為何振蕩?

應(yīng)對汽車ADAS電源管理設(shè)計(jì)挑戰(zhàn),誰是你心儀的“芯”方案?

ADI助力變送器從傳統(tǒng)環(huán)路供電到工業(yè)4.0智能化轉(zhuǎn)變

進(jìn)軍軟磁材料 龍磁科技將如何整合原有優(yōu)勢

特別推薦
技術(shù)文章更多>>
技術(shù)白皮書下載更多>>
熱門搜索
?

關(guān)閉

?

關(guān)閉