【原创 DIY】 LLC 电流模式控制方案 NCP1399 制作600W 效率93%

安森美半导体在2016年第三季度发布了 LLC 电流模式控制器 NCP1399,解决了 LLC 控制器单纯的电压变频模式的不足。在官方对比中,相比 NXP 的 TEA1716(我在 ARM 小制作中已经用过 TEA1716了)芯片有着优秀的表现。
● 电源特性① 国际通用全范围交流输入。② 主动式 PFC,PF>0.97。③ 效率92%以上。④ 保护种类:过流,过压,过温,短路。⑤ 灌胶防水型。⑥ 自然风冷。●设计芯片与方案①PFC 控制芯片 ICE3PCS03G
②LLC 芯片 NCP1399●设计相关文档LLC 变压器设计参照郭春明的设计文档
01
成品图
02
从控制频率上来介绍这个芯片
先拍张图上传。
?传统的 LLC 控制芯片例如6599、NXP 的 TEA1716, 他们都是电压模式的变频控制。即在空载的时候频率高、重载的时候频率会降低。
?而 NCP1399 是电流模式,从轻载到重载观察频率一直稳定在70K,脉宽会有变化,所以我初步判定他是调脉宽的控制器。
?结合控制的不同、电压模式的相应速度比较慢,在没有次级过流保护的情况下,很容易在前级控制发生问题,导致硬开关,甚至 MOS 的损坏。而1399电流模式会在前级控制保护 MOS 依然实现软开关。
03
PFC部分
说说 PFC 部分,芯片采用的英飞凌的 CCM 控制芯片,以下是他的特性:ICE3PCS03G 是用于有源 CCM 功率因数校正转换器的新型8引脚宽输入范围(85VAC 至 265VAC)控制器 IC。 与第1代和第2代 ICE1PCS0x 和 ICE2PCS0x 相比,第3代 PFC 具有更低的 2.5V 内部参考调整和集成数字控制电压环路。同时,它还具有其他优点,如 0.2V 时的低峰值电流限制,可调节门极开关频率范围为 21kHz 至 250kHz,能够与 50kHz 至 150kHz 的外部频率范围同步。 它们现在能够在所有输入电压范围内、在满负载下实现95%的效率。外围比较简单,实现了欠压、开环、过压保护。集成数字控制 PF 值轻松实现0.98以上。1000W 以内的 PFC 建议使用这个芯片,挺不错的。
PFC 部分原理图
NCP1399有着完善的电源启动时序、间隙模式等电源供电的控制系统。但是由于没有使用辅助电源,导致你无法外接驱动器(需要更大的供电能力),所以也限制了他能做的电源最大功率。 官方推荐 NCP1399 做到 600W(我记得 ON 的工程师推荐是 600W)。
NCP1399 的3脚,即 VBULK/PFCFB 脚,官方给的案例是可以和 PFC 的 FB 脚共用的,但是有一次调试总 VBULK/PFCFB 脚对地通了,这导致 PFC 的 FB 脚调整电压到了 500V,所以我建议你有的地方还是要单独拉一路出来去设定。
NCP1399的1脚具有高压启动横流充电的功能,这也是 ON 公司的产品特色,这个引脚的电压应从整流桥前面单独的整流电阻分压后链接到次引脚(可以参考官方的案例),最好在进入 HV 引脚的时候再加上一个高压瓷片的电容进行滤波。
NCP1399 的电压在轻载的时候并不是一个稳定的电压值,他会在你设定的电压值之间进行浮动,加载后可以消除。当然你也可以加上一点死负载,或者适当的调节4脚 skip 脚的阻值进行适当的设定。
为了达到最更节能8脚,具有在轻载情况下关闭 PFC 的功能,你可以设定为 1K 的阻值,如果不想考虑此问题可以 0R 电阻接地。
其余的供电引脚、驱动引脚和其他的 LLC 芯片没有区别,在使用芯片自带的驱动时,要选用合适的电阻,避免让芯片过载。
1399的灌拉能力为 0.5A/1A。
04
500W 时候的效率测试图片
功率计
输出电流
输出电压
输出电流 10.1*2=20.2A,电压 24.09V,输入功率 519W(20.2*24.09)/519=0.937,600W 的测试在93%效率。
05
原理与 PCB
PCB
次级
原边
精彩讨论◆ trzhangwei
你好,请问你 PFC 的 MOS 选取的是哪颗 MOS ?PFC 的二极管选取的是哪颗二极管?另外,PFC 的驱动是不是没有必要加图腾?我 LLC 部分想用6599(比较熟悉),驱动电流和灌入电流是0.3/0.8A,那我驱动是不是得加图腾?大神能不能给点指导?
◆Lixinghua
PFC MOS 选的 ST 的 STW45NM60,PFC 二极管我选的英飞凌的 IDH16G65C5, 这个选的太大了,选个 8A 的就够了(当时我手头就只有这个 SIC 的二极管)。
6599的驱动能力虽然小,但是 300W 以内应该没有问题,再大我想应该问题不大,大不了开启的慢点、稍微影响点效率,但是 MOS 的泄放一定要加三极管,增加泄放的速度。
◆jie28021
想了解下你增加三极管是加在 LLC 处吗?
◆lixinghua
600W 以内的 LLC 我没有加驱动,但是到了 1000W 我是加了驱动的。1000W 的 LLC 近期我在调试呢。
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