國產(chǎn)大功率PFC+LLC 電源解決方案 KP2806+KP2591

新品推出背景

隨著電源功率等級的提升，電源系統(tǒng)的性能要求也越來越嚴格，傳統(tǒng)的反激架構(gòu)已無法滿足大功率的電源設(shè)計，LLC 架構(gòu)因其軟開關(guān)、高效率等優(yōu)勢成為大功率電源設(shè)計的較好選擇，搭配 PFC 架構(gòu)使用，可適用于各種大功率應(yīng)用場合。

針對大功率電源設(shè)計，必易微推出了大功率高性能 PFC+LLC 控制器 KP2806+KP2591，適用于 PD 電源、LED 電源、電視機板卡電源等應(yīng)用場合，該組合方案具備諸多技術(shù)亮點，下面我們進行詳細介紹。


KP2806+KP2591 典型應(yīng)用電路圖



KP2806 產(chǎn)品亮點 


KP2806 芯片引腳圖

KP2806 是一款高性能、準諧振式 (QR) 升壓型 (Boost) 恒壓功率因數(shù)校正 (PFC) 控制器，可自適應(yīng)地工作在臨界導(dǎo)通模式 (CRM) 和斷續(xù)導(dǎo)通模式 (DCM)。芯片采用 SOT23-6 封裝，通過多功能管腳復(fù)用，真正做到了小而精的特點，占用更小的 PCB 空間，方便客戶實現(xiàn)更小的體積和更低的設(shè)計成本。

除此之外，KP2806 還具備如下技術(shù)亮點：

亮點 1

可調(diào) TONMAX：

實現(xiàn)不同系統(tǒng)的 THD 較優(yōu)設(shè)計

PFC 工作在 CRM 模式具有良好的 THD 性能，為適應(yīng)各種應(yīng)用場合，KP2806 集成了系統(tǒng)參數(shù)配置功能，通過調(diào)節(jié)電阻 Rset 的阻值，可以選擇不同的 TONMAX 等系統(tǒng)參數(shù)，保證芯片在不同設(shè)計要求下，均能滿載工作在 CRM 模式，實現(xiàn)系統(tǒng)的 THD 較優(yōu)設(shè)計。



針對功率開關(guān)為氮化鎵 (GaN) 的高頻應(yīng)用，所需電感量小，為避免滿載進入降頻模式，推薦使用 12μs 的檔位；針對功率開關(guān)為 Cool-mos 的低頻應(yīng)用，所需電感量大，推薦使用 18μs 的檔位，同時保證了系統(tǒng)的帶載能力；此外，芯片還設(shè)置了不同的 TZCD_DELAY 參數(shù)檔位，客戶可根據(jù)實際系統(tǒng)的震蕩頻率，設(shè)置不同的開關(guān)管導(dǎo)通延時，以獲取精確的谷底導(dǎo)通效果，優(yōu)化系統(tǒng)效率。


不同 Rset 阻值對應(yīng)的系統(tǒng)參數(shù)表



亮點 2

高功率因數(shù)：

滿載 PF>0.95，THD<10%

KP2806 可以自適應(yīng)地工作在 CRM 和 DCM 模式，在 CRM 和 DCM 模式下都可實現(xiàn)輸入電流的平均值 (開關(guān)周期內(nèi)) 與輸入電壓的瞬時幅值成正比，從而理論上實現(xiàn) PF=1 的目標；同時芯片在正弦波靠近谷底附近進行 Ton 補償，改善交越失真問題，進一步優(yōu)化 THD。


300W Demo 全負載范圍

PF 和 THD 測試數(shù)據(jù)



亮點 3

無需輔助繞組：簡化電感設(shè)計

芯片集成了消磁信號檢測技術(shù)，支持單繞組電感應(yīng)用，CZ 管腳通過分壓電阻檢測 Boost 電感是否消磁結(jié)束，搭配不同的 TZCD_DELAY 檔位，實現(xiàn)精確的谷底導(dǎo)通功能，從而大幅降低系統(tǒng)的開關(guān)損耗，優(yōu)化系統(tǒng)效率。同時在不同頻率下，谷底位置保持一致，也有利于 THD 的改善。


KP2806 谷底導(dǎo)通原理和實驗波形



亮點 4

輸出電壓兩檔設(shè)定(Boost Follow)

一款芯片適用不同系統(tǒng)架構(gòu)

為了滿足不同系統(tǒng)架構(gòu)的 PFC 母線輸出電壓需求，KP2806 設(shè)計了固定輸出電壓版本和兩檔可變輸出電壓版本，客戶可根據(jù)實際后級電路拓撲，選擇合適的芯片版本，實現(xiàn)系統(tǒng)的較優(yōu)設(shè)計。

搭配反激架構(gòu)應(yīng)用時，推薦使用兩檔可變輸出電壓版本芯片，低壓輸入時，較低的母線輸出電壓，可有效降低開關(guān)損耗，優(yōu)化系統(tǒng)效率。



搭配 LLC 架構(gòu)應(yīng)用時，推薦使用固定輸出電壓版本芯片，使系統(tǒng)滿載工作在諧振頻率點附近，充分發(fā)揮 LLC 電路的效率優(yōu)勢。



亮點 5

輸入線電壓前饋補償：

過載一致性好 

芯片通過 CZ 管腳檢測輸入線電壓的信息，進而實現(xiàn)輸入線電壓前饋補償功能，優(yōu)化系統(tǒng)在不同輸入電壓下過載功率的一致性。


不同輸入電壓的過載功率曲線



亮點 6

完備的保護功能：

保證系統(tǒng)可靠運行

KP2806 集成有完備的保護功能，如 VDD 欠壓保護功能 (UVLO)、VDD 過壓保護 (VDD OVP)、輸入欠壓保護 (BOP)、輸出欠壓保護 (UVP)、兩極輸出過壓保護 (OVP)、逐周期電流限制 (OCP)、異常過流保護 (AOCP)、過熱保護 (OTP) 以及管腳開/短路保護，保證了系統(tǒng)應(yīng)用的可靠性。


芯片保護功能列表



KP2591 產(chǎn)品亮點


KP2591 芯片引腳圖

KP2591 是一款基于半橋 LLC 諧振變換器的諧振型開關(guān)電源控制器，集成了半橋驅(qū)動，可直接 50% 占空比驅(qū)動功率管，其驅(qū)動電壓鉗位至 12V，較高工作頻率支持 350kHz。

除此之外，KP2591 還具備如下技術(shù)亮點：

亮點 1

可配置工作模式：

待機損耗<200mW

為了降低系統(tǒng)待機損耗，芯片可通過 STB 管腳的電阻配置，使系統(tǒng)工作在低待機模式，該工作模式下開關(guān)頻率由 SS 管腳電壓決定，可以降低 Burst 開關(guān)頻率，減小待機損耗。


KP2591 待機實驗波形


KP2591 待機損耗測試數(shù)據(jù)



亮點 2

支持無 PFC 的設(shè)計應(yīng)用

KP2591 在前級無 PFC 穩(wěn)壓電路應(yīng)用時，可通過配置 SEL 管腳的電阻值，設(shè)置芯片工作在無 PFC 工作模式，通過調(diào)節(jié)內(nèi)部電路的閾值和參數(shù)(如過壓過流保護閾值)，使芯片適用于更低輸入電壓下的工作，支持無 PFC 的設(shè)計應(yīng)用。


SEL 管腳電阻對應(yīng)的操作模式



亮點 3

可配置軟啟時間：

優(yōu)化啟機應(yīng)力 

LLC 啟動初始，系統(tǒng)開環(huán)工作，若直接以較低的開關(guān)頻率工作，會造成諧振腔電流過沖，嚴重時可能損壞功率器件。KP2591 集成了軟啟時間配置功能，通過設(shè)置 SS 管腳并聯(lián)電容，調(diào)節(jié)軟啟工作時間；啟動時，芯片給 SS 電容充電，隨 SS 管腳電壓上升，開關(guān)頻率逐漸降低，實現(xiàn)軟啟保護功能，可有效降低啟機諧振腔電流應(yīng)力。


(SS 管腳電容 10nF，軟啟時間約 7ms)



(SS 管腳電容 33nF，

軟啟時間 21.6ms)

開機軟啟實驗波形



亮點 4

可靠的容性區(qū)保護功能:

提升系統(tǒng)可靠性     

LLC 系統(tǒng)進入容性工作區(qū)，功率器件應(yīng)力劇增，存在功率器件損壞的風(fēng)險，KP2591 集成了容性區(qū)保護功能和自適應(yīng)死區(qū)時間控制功能，保證系統(tǒng)的可靠運行。



芯片通過 CS 管腳檢測諧振電流、DEM 管腳檢測輔助繞組電壓的方式組合實現(xiàn)容性區(qū)保護功能，通過直觀的檢測 CS 電流信號相位，并利用 DEM 電壓信號相位輔助判決，在進入容性區(qū)之前提前關(guān)斷驅(qū)動，防止功率管擊穿。


容性區(qū)保護工作原理

啟動過程中，因為諧振電容初始電壓為 0，諧振電流不對稱，良好的死區(qū)時間控制，既可以防止系統(tǒng)進入容性工作區(qū)，導(dǎo)致功率器件損壞，又可以實現(xiàn)軟開關(guān)，優(yōu)化系統(tǒng)效率。

自適應(yīng)死區(qū)
控制原理


啟機瞬間,自適應(yīng)死區(qū)
時間調(diào)節(jié)波形



亮點 5

性能升級：

可直接替換外商同類產(chǎn)品 XX6A31

KP2591 采用 SOP-16 封裝，客戶可直接使用 KP2591 替換外商同類產(chǎn)品 XX6A31，BOM 器件完全相同，簡化了客戶的產(chǎn)品替代升級。



亮點 6

完備的保護功能：

保證系統(tǒng)可靠運行

KP2591 集成有完備的保護功能，包括：VDD 過壓/欠壓保護 (VDD OVP/UVLO)、VBT 欠壓保護 (VBT UVP)、輸入過壓/欠壓保護 (LOVP&BOP)、過載保護 (OLP)、諧振腔過流保護 (CBC/SOCP)、容性區(qū)保護、外部信號保護、過熱保護 (OTP) 等，系統(tǒng)運行可靠性高。


芯片保護功能列表



Demo 展示

如圖所示為必易微開發(fā)的 142W 電視機板卡電源 Demo，該方案采用 PFC+LLC+Buck 的三級架構(gòu)，前級電源采用 KP2806+KP2591 方案，后級調(diào)光輸出采用高精度、深度調(diào)光降壓型 LED 恒流驅(qū)動器 KP1601。樣機適用于全壓輸入范圍 (90-265Vac)，輸出 12V/3.5A 的恒壓電源和 150-200V/0.5A 的恒流電源，分別用于 MCU 供電和液晶顯示供電。整機具有低待機、高效率以及高線性度的調(diào)光曲線等特點。




Demo 主要性能



性能 1

整機待機損耗 <300mW


性能 2

滿載效率 >88% 


性能 3

滿載 PF>0.96，THD<15% 


性能 4

高線性度的調(diào)光曲線


總結(jié)

必易微專注技術(shù)研發(fā)，推出的大功率高性能 PFC+LLC 電源解決方案 KP2806+KP2591，可滿足各種應(yīng)用場合的大功率電源設(shè)計，KP2591 芯片可直接替換外商同類產(chǎn)品，縮短了客戶電源方案的替換時間，助力客戶電源系統(tǒng)的研發(fā)升級。